DE102018120934B4

DE102018120934B4 - Drehtischvorrichtung und Verfahren zum Steuern der Drehtischvorrichtung

Info

Publication number: DE102018120934B4
Application number: DE102018120934.7A
Authority: DE
Inventors: Zhizhen XIA
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2038-08-29
Also published as: DE102018120934A1; US20190070704A1; JP6546231B2; JP2019042861A; US10442050B2; CN109434490A; CN109434490B

Abstract

Eine Drehtischvorrichtung (10) mit einem Klemmmechanismus (12a), wobei der Klemmmechanismus (12a) umfasst:eine Bremsscheibe (40), die dazu ausgestaltet ist, sich zusammen mit einer Spindel (30) zu drehen, welche ein Werkstück dreht,einen Kolben (48), der dazu ausgestaltet ist, sich in einer Klemmrichtung, in welcher die Bremsscheibe (40) geklemmt wird, und einer Klemmfreigaberichtung, in welcher die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wird, zu verschieben,ein Klemmelement (50), das dazu ausgestaltet ist, die Bremsscheibe (40) zwischen dem Klemmelement (50) und dem Kolben (48), der sich in der Klemmrichtung verschoben hat, zu halten, undein Vorspannelement (52), das dazu ausgestaltet ist, den Kolben (48) durch eine Rückstellkraft aufgrund elastischer Deformation in der Klemmrichtung vorzuspannen,wobei die Drehtischvorrichtung (10) umfasst:eine Klemmmechanismusantriebseinheit (14), die dazu ausgestaltet ist, einer Klemmfluidkammer (54a) Arbeitsfluid zuzuführen, um den Kolben (48) in der Klemmrichtung zu bewegen, wenn die Bremsscheibe (40) geklemmt wird, und das Arbeitsfluid einer Klemmfreigabefluidkammer (54b) zuzuführen, um den Kolben (48) in der Klemmfreigaberichtung zu bewegen und einen Druck des zugeführten Arbeitsfluids zu ändern, wenn die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wird,eine Motorantriebseinheit (16), die dazu ausgestaltet ist, den Motor (38), der die Spindel (30) dreht, anzutreiben,eine Druckdetektionseinheit (18), die dazu ausgestaltet ist, den Druck (V) des Arbeitsfluids zu detektieren,eine Lastdetektionseinheit (20), die dazu ausgestaltet ist, das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) zu detektieren,eine Antriebssteuereinheit (70), die dazu ausgestaltet ist, die Klemmmechanismusantriebseinheit (14) zu steuern, um die Klemmung der Bremsscheibe (40) freizugeben und anschließend den Druck des Arbeitsfluids, das der Klemmfreigabefluidkammer (54a) zugeführt wird, abzusenken und die Motorantriebseinheit (16) zu steuern, um den Motor (38) zu drehen, undeine Verschleißgradberechnungseinheit (72), die dazu ausgestaltet ist, einen Verschleißgrad (ΔW) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) auf der Basis eines Referenzdruckes (V) und des Druckes (V) des Arbeitsfluides zu berechnen, wenn das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (τs) überschreitet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehtischvorrichtung mit einer Klemmvorrichtung zum Halten eines Objekts als Gegenstand einer drehbaren Bearbeitung. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern der Drehtischvorrichtung.
Beschreibung des Standes der Technik:
In Werkzeugmaschinen, wie Bearbeitungszentren etc., werden Drehtische, wie ein Indextisch, in großem Umfang eingesetzt. Wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2016-002613 A beschrieben ist, ist grundsätzlich eine Klemmvorrichtung für einen Drehtisch vorgesehen. Die Klemmvorrichtung wird dazu verwendet, die Drehposition einer Spindel, die ein Objekt als einem Ziel der Bearbeitung dreht, zu fixieren. Diese Klemmvorrichtung hält eine Bremsscheibe, die sich zusammen mit der Spindel dreht, zwischen einem Klemmelement und einem Kolben, um die Drehposition der Spindel zu fixieren.
Die DE 10 2014 105 667 A1 beschreibt einen Drehtisch mit Anzugsmoment-Messeinrichtung, bei dem ein Drehungsbefehl an einen Motor in einem Status übertragen wird, in dem ein Werkstück-Aufnahmetisch, der mit einer Welle des Motors verbunden ist, von einem Klemmmechanismus festgehalten wird, der sich in dem Drehtisch befindet. Ein Klemmdrehmoment wird anhand der Motordrehmomentinformation gemessen, und zwar gemäß dem Drehungsbefehl und der Veränderung des Wellenstatus (der Drehposition oder der Drehzahl usw.).
Die in der DE 10 2015 110 790 A1 beschriebene Werkzeugmaschine mit einem Drehtisch enthält eine Störmomentberechnungseinheit, die zum Berechnen eines Störmoments, das auf die Bremse ausgeübt ist, während der Drehtisch durch die Bremse gehalten ist, konfiguriert ist, eine erste Koeffizientenspeichereinheit, die zum Speichern eines dem Störmoment entsprechenden ersten Koeffizienten konfiguriert ist, eine Akkumulationseinheit, die, wenn das Störmoment auf die Bremse ausgeübt ist, zum Finden eines dem Störmoment entsprechenden ersten Koeffizienten und Akkumulieren eines Werts des ersten Koeffizienten konfiguriert ist, und eine Bekanntgabeeinheit, die zum Bekanntgeben der Notwendigkeit eines Bremsenaustauschs, wenn der erste akkumulierte Koeffizient einen vorgegebenen Wert erreicht, konfiguriert ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgrund von Reibung tritt aber eine Abrasion (Verschleiß) der Kontaktfläche zwischen dem Klemmelement und der Bremsscheibe des Kolbens auf. Wenn der Verschleiß des Klemmelements und des Kolbens zunimmt, wird die Klemmkraft in unerwünschter Weise verringert. Daher besteht das Bedürfnis, den Verschleißzustand des Klemmelements und des Kolbens zu überprüfen.
Zu diesem Zweck ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehtischvorrichtung vorzuschlagen, die es ermöglicht, die Größe des Verschleißes einer Klemmvorrichtung und eines Kolbens zu berechnen, und ein Verfahren zum Steuern der Drehtischvorrichtung vorzuschlagen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Drehtischvorrichtung mit einem Klemmmechanismus vorgesehen. Der Klemmmechanismus umfasst eine Bremsscheibe, die dazu ausgestaltet ist, sich zusammen mit einer Spindel, welche ein Werkstück dreht, zu drehen, einen Kolben, der dazu ausgestaltet ist, sich in einer Klemmrichtung zu bewegen, in welcher die Bremsscheibe geklemmt wird, und in einer Klemmfreigaberichtung, in welcher die Klemmung der Bremsscheibe freigegeben wird, ein Klemmelement, das dazu ausgestaltet ist, die Bremsscheibe zwischen dem Klemmelement und dem Kolben, der sich in der Klemmrichtung bewegt hat, zu halten, und ein Vorspannelement, das dazu ausgestaltet ist, den Kolben durch die Rückstellkraft aufgrund einer elastischen Deformierung in der Klemmrichtung vorzuspannen. Die Drehtischvorrichtung umfasst eine Klemmmechanismusantriebseinheit, die dazu ausgestaltet ist, einer Klemmfluidkammer Arbeitsfluid zuzuführen, um den Kolben in der Klemmrichtung zu bewegen, wenn die Bremsscheibe geklemmt wird, und das Arbeitsfluid einer Klemmfreigabefluidkammer zuzuführen, um den Kolben in der Klemmfreigaberichtung zu bewegen und einen Druck des zugeführten Arbeitsfluids zu ändern, wenn die Klemmung der Bremsscheibe freigegeben wird, eine Motorantriebseinheit, die dazu ausgestaltet ist, den Motor, der die Spindel dreht, anzutreiben, eine Druckdetektionseinheit, die dazu ausgestaltet ist, den Druck des Arbeitsfluids zu detektieren, eine Lastdetektionseinheit, die dazu ausgestaltet ist, das Lastdrehmoment der Spindel zu detektieren, eine Antriebssteuereinheit, die dazu ausgestaltet ist, die Klemmmechanismusantriebseinheit zu steuern, um die Klemmung der Bremsscheibe freizugeben, und anschließend den Druck des Arbeitsfluids, das der Klemmfreigabefluidkammer zugeführt wird, abzusenken und die Motorantriebseinheit so zu steuern, dass der Motor gedreht wird, und eine Verschleißgradberechnungseinheit, die dazu ausgestaltet ist, die Größe des Verschleißes des Kolbens und des Klemmelements zu berechnen auf der Basis eines Referenzdrucks und des Drucks des Arbeitsfluids, wenn das Lastdrehmoment der Spindel das Referenzlastdrehmoment überschreitet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Drehtischvorrichtung mit einem Klemmmechanismus vorgeschlagen. Der Klemmmechanismus umfasst eine Bremsscheibe, die dazu ausgestaltet ist, sich zusammen mit einer Spindel, die ein Werkstück dreht, zu drehen, einen Kolben, der dazu ausgestaltet ist, sich in einer Klemmrichtung, in welcher die Bremsscheibe geklemmt wird, und in einer Klemmfreigaberichtung, in welcher die Klemmung der Bremsscheibe freigegeben wird, zu bewegen, ein Klemmelement, das dazu ausgestaltet ist, die Bremsscheibe zwischen dem Klemmelement und dem Kolben, der sich in der Klemmrichtung bewegt hat, zu halten, und ein Vorspannelement, das dazu ausgestaltet ist, den Kolben durch eine Rückstellkraft aufgrund von elastischer Deformierung in der Klemmrichtung vorzuspannen. Die Drehtischvorrichtung umfasst eine Klemmmechanismusantriebseinheit, die dazu ausgestaltet ist, einer Klemmfluidkammer Arbeitsfluid zuzuführen, um den Kolben in der Klemmrichtung zu bewegen, wenn die Bremsscheibe geklemmt wird, und das Arbeitsfluid einer Klemmfreigabefluidkammer zuzuführen, um den Kolben in der Klemmfreigaberichtung zu bewegen und einen Druck des zugeführten Arbeitsfluids zu ändern, wenn die Klemmung an der Bremsscheibe freigegeben wird, und eine Motorantriebseinheit, die dazu ausgestaltet ist, den Motor, der die Spindel dreht, anzutreiben. Das Verfahren umfasst die Schritte der Detektion des Drucks des Arbeitsfluids, der Detektion des Lastdrehmoments der Spindel, der Steuerung der Klemmmechanismusantriebseinheit, um die Klemmung der Bremsscheibe freizugeben, und anschließend den Druck des Arbeitsfluids, das der Klemmfreigabekammer zugeführt wird, abzusenken und die Motorantriebseinheit zu steuern, um den Motor zu drehen, und des Berechnens der Größe der Abrasion (des Verschleißgrades) des Kolbens und des Klemmelements auf der Basis eines Referenzdruckes und des Druckes des Arbeitsfluids, wenn das Lastdrehmoment der Spindel das Referenzlastdrehmoment übersteigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Verschleißgrad des Kolbens und des Klemmelements einfach zu berechnen, um die Bremsscheibe zu klemmen.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt sind.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Drehtischvorrichtung zeigt;
2 ist ein Schnitt durch einen Drehtisch, der in 1 gezeigt ist;
3 ist ein teilweise vergrößerter Schnitt durch den Drehtisch gemäß 2;
4 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Steuervorrichtung gemäß 1 zeigt;
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Druck und dem Lastdrehmoment zeigt, wenn die Klemmung einer Bremsscheibe durch Arbeitsfluid mit einem festgelegten Druck entsprechend dem Verschleißgrad des Kolbens und des Klemmelements, freigegeben wird, und wenn anschließend der Druck des Arbeitsfluids, das einer Klemmfreigabekammer zugeführt wird, abgesenkt wird, und
6 ist ein Fließdiagramm, das den Vorgang des Ausführens eines Diagnosemodus zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen einer Drehtischvorrichtung der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zum Steuern der Drehtischvorrichtung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Drehtischvorrichtung 10 zeigt. Die Drehtischvorrichtung 10 umfasst einen Drehtisch 12 mit einem Klemmmechanismus 12a, eine Klemmmechanismusantriebseinheit 14, eine Motorantriebseinheit 16, eine Druckdetektionseinheit 18, eine Lastdetektionseinheit 20 und eine Steuervorrichtung 22.
Zunächst wird der Drehtisch 12 mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben. 2 ist ein Schnitt durch den Drehtisch 12. 3 ist ein vergrößerter Teilschnitt durch den Drehtisch 12. Der Drehtisch 12 ist ein Tisch, der ein zu bearbeitendes Objekt (ein Bearbeitungsziel oder ein Werkstück) drehbar trägt. Eine Spindel 30 des Drehtischs 12 wird durch ein Gehäuse 36, das an einem Gehäuse 34 des Drehtischs 12 über ein Lager 32 befestigt ist, getragen. Somit wird die Spindel 30 durch das Gehäuse 36 in einer relativ zu dem Gehäuse 34 und dem Gehäuse 36 drehbaren Weise getragen. Die Spindel 30 dreht das Werkstück, und das Werkstück ist lösbar an einem Ende der Spindel 30 befestigt. Ein Stator 38a des Motors 38 zum Drehen der Spindel 30 ist an dem Gehäuse 36 befestigt, und ein Rotor 38b des Motors 38 ist an der Spindel 30 befestigt.
Zwischen einer Endfläche der Spindel 30 und einer Endfläche eines Befestigungselements 42 ist eine Bremsscheibe 40 gehalten. Das Befestigungselement 42 ist an der Spindel 30 fixiert. Die Bremsscheibe 40 kann sich relativ zu dem Gehäuse 34 drehen und die Bremsscheibe 40 dreht sich zusammen mit der Spindel 30. Die Bremsscheibe 40 ist entgegengesetzt von einer Seite vorgesehen, an welcher das Gehäuse 36 des Gehäuses 34 vorgesehen ist.
Ein Zylinder 44 und eine hintere Endplatte 46 sind an einer Seite angebracht, an welcher die Bremsscheibe 40 des Gehäuses 34 vorgesehen ist. Ein Kolben 48 ist in einer durch den Zylinder 44 und die hintere Platte 46 gebildeten Nut vorgesehen. Der Kolben 48 kann in Richtungen bewegt werden, in welchen die Bremsscheibe 40 geklemmt und deren Klemmung freigegeben wird. Nachfolgend wird die Bewegungsrichtung des Kolbens 48, in welcher die Bremsscheibe 40 geklemmt wird, einfach als Klemmrichtung bezeichnet, und die Bewegungsrichtung des Kolbens 48, in welcher die Klemmung der Bremsscheibe 40 freigegeben wird, wird einfach als Klemmfreigaberichtung bezeichnet.
Ein Klemmelement 50, das an dem Gehäuse 34 fixiert ist, ist einer Scheibenfläche der Bremsscheibe 40 zugewandt. Die Bremsscheibe 40 ist zwischen dem Kolben 48 und dem Klemmelement 50 positioniert. Die Bremsscheibe 40 wird geklemmt, indem sie zwischen dem Klemmelement 40 und dem in der Klemmrichtung bewegten Kolben 48 gehalten wird. Die Kontaktfläche zwischen dem Kolben 48 und dem Klemmelement 50 und der Bremsscheibe 40 (Fläche innerhalb einer ellipsoiden Linie, die in 3 durch eine gepunktete Linie dargestellt ist) wird mit der Zeit durch die Verwendung des Klemmmechanismus 12a abgerieben (verschleißt, wird allmählich dünner).
Ein Vorspannelement 52, das aus einer Plattenfeder etc. besteht, spannt den Kolben 48 durch eine Rückstellkraft, die durch elastische Deformation generiert wird, in der Klemmrichtung vor. Ein Ende des Vorspannelements 52 ist an dem Kolben 48 fixiert, und das andere Ende des Vorspannelements 52 ist an der hinteren Platte 46 fixiert. Die Bremsscheibe 40, das Befestigungselement 42, der Zylinder 44, die hintere Platte 46, der Kolben 48, das Klemmelement 50 und das Vorspannelement 52 bilden den Klemmmechanismus 12a.
Der Kolben 48 bewegt sich in der Klemmrichtung und der Klemmfreigaberichtung durch die Wirkung eines Arbeitsfluids, das aus einem Gas, wie Luft, oder einer Flüssigkeit, wie Öl, besteht. Der Klemmmechanismus 12a umfasst eine Klemmfluidkammer 54a und eine Klemmfreigabefluidkammer 54b.
Das Arbeitsfluid wird der Klemmfluidkammer 54a zugeführt, um den Kolben 48 in der Klemmrichtung zu verschieben. Somit wird die Bremsscheibe 40 geklemmt. Außerdem wird das Arbeitsfluid der Klemmfreigabefluidkammer 54b zugeführt, um den Kolben 48 entgegen der Vorspannkraft des Vorspannelements 52 in der Klemmfreigaberichtung zu verschieben. Auf diese Weise wird die Klemmung der Bremsscheibe 40 freigegeben. Die 2 und 3 zeigen einen Zustand, in dem die Bremsscheibe 40 durch den Klemmmechanismus 12a geklemmt wird.
In dem Fall der Bewegung des Kolbens 48 in der Klemmrichtung wird das Arbeitsfluid der Klemmfreigabefluidkammer 54b nach außen abgeführt, und in dem Fall der Bewegung des Kolbens 48 in der Klemmfreigaberichtung wird das Arbeitsfluid der Klemmfluidkammer 54a nach außen abgeführt.
Die Klemmmechanismusantriebseinheit 14, die in 1 gezeigt ist, bewegt den Kolben 48 mit Hilfe des Arbeitsfluids. Die Klemmmechanismusantriebseinheit 14 umfasst ein Elektromagnetventil (Magnetventil) 14a zum Schalten des Flusses des Arbeitsfluids. Das Magnetventil 14a vollzieht das Umschalten zwischen (1) Vorgang der Zufuhr des Arbeitsfluids zu der Klemmfluidkammer 54a und Abfuhr des Arbeitsfluids aus der Klemmfreigabefluidkammer 54b, oder (2) Vorgang der Zufuhr des Arbeitsfluids zu der Klemmfreigabefluidkammer 54b und Abfuhr des Arbeitsfluids aus der Klemmfluidkammer 54a. Die Klemmmechanismusantriebseinheit 14 umfasst eine Druckregeleinheit 14b zum Regeln des Drucks V des zugeführten Arbeitsfluids.
Die Motorantriebseinheit 16 treibt den Motor 38 an, der in dem Drehtisch 12 vorgesehen ist. Die Motorantriebseinheit 16 liefert dem Motor elektrischen Strom (im Einzelnen gewickelten Drähten (Wicklungen), die an dem Stator 38a vorgesehen sind), um den Motor 38 anzutreiben (den Rotor 38b zu drehen). Dadurch wird die Spindel 30 gedreht. Die Klemmmechanismusantriebseinheit 14 und die Motorantriebseinheit 16 werden durch die Steuervorrichtung 23 gesteuert.
Die Druckdetektionseinheit 18 erfasst den Druck V des Arbeitsfluids, das von der Klemmmechanismusantriebseinheit 14 zugeführt wird. Die Lastdetektionseinheit 20 detektiert das Lastdrehmoment τ der Spindel 30 als einer Ausgangswelle des Motors 38. Die Lastdetektionseinheit 20 kann das Lastdrehmoment τ der Spindel 30 durch Detektieren des Wertes des dem Motor 38 zugeführten elektrischen Stromes detektieren.
4 ist ein Diagramm, das den Aufbau der Steuervorrichtung 22 zeigt. Die Steuervorrichtung 22 umfasst eine Eingabeeinheit 60, ein Speichermedium 62, eine Anzeigeeinheit 64 und eine Steuereinheit 66. Die Eingabeeinheit 60 ist eine Bedieneinheit zum Empfangen von Eingaben einer Bedienperson. Beispielsweise wird die Eingabeeinheit 60 durch ein Keyboard, eine Mouse, ein Touchpanel etc. gebildet. Das Speichermedium 62 speichert erforderliche Informationen. Beispielsweise umfasst das Speichermedium 62 einen volatilen Speicher, einen nicht volatilen Speicher, ein Festplattenlaufwerk, etc.. Die Anzeigeeinheit 64 umfasst ein Flüssigkristalldisplay, ein organisches EL-Display etc. und zeigt die geforderte Information an.
Die Steuereinheit 66 umfasst eine Antriebssteuereinheit 70, eine Verschleißgradberechnungseinheit 72, eine Produktrestlebensdauerberechnungseinheit 74 und eine Anzeigesteuereinheit 76. 4 zeigt den Aufbau der Steuereinheit 66, die zur Ausführung eines Diagnosemodus erforderlich ist, um den Klemmmechanismus 12a zu diagnostizieren.
Die Antriebssteuereinheit 70 steuert die Klemmmechanismusantriebseinheit 14 (insbesondere das Magnetventil 14a), um die Bremsscheibe 40 zu klemmen und die Klemmung der Bremsscheibe 40 freizugeben. Somit steuert die Antriebssteuereinheit 70 die Klemmmechanismusantriebseinheit 14 (im Einzelnen das Magnetventil 14a), um der Klemmfluidkammer 54a Arbeitsfluid zuzuführen, um den Kolben 48 in der Klemmrichtung zu verschieben, und liefert das Arbeitsfluid der Klemmfreigabefluidkammer 54b, um den Kolben 48 in der Klemmfreigaberichtung zu verschieben.
Die Antriebssteuereinheit 70 steuert die Druckreguliereinheit 14b, um den Druck V des zugeführten Arbeitsfluids zu ändern. Die Antriebssteuereinheit 70 kann eine Regelung des Drucks V des Arbeitsfluids auf der Basis des durch die Druckdetektionseinheit 18 detektierten Druckes V implementieren. Zum Zeitpunkt des Klemmens und der Freigabe des Klemmens der Bremsscheibe 40 steuert die Antriebssteuereinheit 70 im Prinzip die Druckregeleinheit 14b in einer solchen Weise, dass der Druck V des Arbeitsfluids gleich dem festgelegten Druck Vs wird.
Die Antriebssteuereinheit 70 steuert die Motorantriebseinheit 16, um den Motor 38 anzutreiben (zu drehen). Die Antriebssteuereinheit 70 steuert die Motorantriebseinheit 16, um den Motor 38 mit einer Befehlsgeschwindigkeit zu drehen. Ein Encoder (nicht dargestellt) ist an dem Motor 38 vorgesehen, um die Rotationsposition und die Drehgeschwindigkeit des Motors 38 zu detektieren. Die Antriebssteuereinheit 70 implementiert eine Regelung des Motors 38 auf der Basis eines durch den Encoder detektierten Detektionssignals.
Wenn die Steuerung durch Betätigung der Eingabeeinheit 60 durch die Bedienperson in den Diagnosemodus umgeschaltet wird, steuert die Antriebssteuereinheit 70 die Klemmmechanismusantriebseinheit 14, um die Klemmung der Bremsscheibe 40 durch das Arbeitsfluid mit einem festgelegten Druck Vs freizugeben, und senkt anschließend den Druck V des Arbeitsfluids, das der Klemmfreigabefluidkammer 54b zugeführt wird, allmählich ab. Außerdem steuert in dem Diagnosemodus die Antriebssteuereinheit 70 die Motorantriebseinheit 16 so, dass sie den Motor 38 mit einer festgelegten konstanten Rotationsgeschwindigkeit dreht.
Die Verschleißgradberechnungseinheit 72 berechnet den Verschleißgrad ΔW_n des Kolbens 48 und des Klemmelements 50 auf der Basis des Druckes V_n, der durch die Druckdetektionseinheit 18 detektiert wird, wenn das Lastdrehmoment _T der Spindel 30 (Motor 38), das durch die Lastdetektionseinheit 20 detektiert wird, wenn das durch die Lastdetektionseinheit 20 detektierte Lastdrehmoment τ der Spindel 30 (Motor 38) ein Referenzlastdrehmoment τs übersteigt, und des Referenzdruckes V₀. Man beachte, dass ΔW_n der Verschleißgrad ist, der in dem Diagnosemodus (Diagnosemodus für das n-te Mal) berechnet wurde, der aktuell ausgeführt wird, und dass V_n den Druck V des Arbeitsfluids bezeichnet, wenn das Lastdrehmoment τ der Spindel 30 das Referenzlastdrehmoment τs in dem Diagnosemodus (Diagnosemodus für das n-te Mal), der aktuell durchgeführt wird, überschreitet.
Im Einzelnen berechnet die Verschleißgradberechnungseinheit 72 den Verschleißgrad mit Hilfe der folgenden Gleichung (1): $Δ W_{n} = (V_{0} - V_{n}) \cdot S/k$
wobei S eine effektive Fläche der Klemmfreigabefluidkammer 54b bezeichnet, k einen Elastizitätsmodul des Vorspannelements 52 bezeichnet und n eine ganze Zahl von 1 oder mehr (≥ 1)bezeichnet. Die Referenzspannung V₀, die effektive Fläche S und der Elastizitätsmodul k werden in dem Speichermedium 62 gespeichert. Das Verfahren zum Ableiten der Gleichung (1) wird später kurz beschrieben.
Das Referenzlastdrehmoment τs ist ein Drehmoment, das durch Addition eines festgelegten Drehmoments a zu dem Lastdrehmoment τ₀ der Spindel 30 generiert wird, wenn der Motor 38 durch Freigabe der Klemmung der Bremsscheibe 40 unter Verwendung des Arbeitsfluids mit dem festgelegten Druck Vs gedreht wird. Somit ergibt sich das Referenzlastdrehmoment τs durch τ_S = τ₀ + α. Das Referenzdrehmoment τs wird durch die Verschleißgradberechnungseinheit 72 berechnet.
Der Referenzdruck V₀ ist ein Druck V des Arbeitsfluids, wenn das Lastdrehmoment τ der Spindel 30 das Referenzlastdrehmoment τs in dem Zustand übersteigt, in dem der Kolben 48 und das Klemmelement 50 keinen Verschleiß zeigen, nachdem die Klemmung der Bremsscheibe 40 freigegeben wird, der Druck V des der Klemmfreigabefluidkammer 54b zugeführten Arbeitsfluids abgesenkt wird und der Motor 38 gedreht wird.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Druck V und dem Lastdrehmoment τ zeigt, wenn die Klemmung der Bremsscheibe 40 durch das Arbeitsfluid mit dem festgelegten Druck Vs entsprechend dem Verschleißgrad ΔW_n des Kolbens 48 und des Klemmelements 50 freigegeben wird. Anschließend wird der Druck V des der Klemmfreigabefluidkammer 54b zugeführten Arbeitsfluids abgesenkt. Es wird angenommen, dass zu dieser Zeit der Motor 38 mit einer festgelegten konstanten Drehgeschwindigkeit dreht.
Eine Linie L0 bezeichnet die Beziehung zwischen dem Druck V und dem Lastdrehmoment τ in dem Zustand, in dem der Kolben 48 und das Klemmelement 50 keinen Verschleiß zeigen (der Kolben 48 und das Klemmelement 50 sind brandneu). Eine Linie L1 zeigt die Beziehung zwischen dem Druck V und dem Lastdrehmoment τ wenn der Diagnosemodus (n = 1, zum ersten Mal Diagnosemodus) ausgeführt wird, nachdem eine erste Nutzungsdauer seit dem brandneuen Zustand verstrichen ist. Eine Linie L2 zeigt die Beziehung zwischen dem Druck V und dem Lastdrehmoment τ, wenn der Diagnosemodus (n = 2, zweites Mal Diagnosemodus) ausgeführt wird, nachdem eine zweite Nutzungszeit, die länger ist als die erste Nutzungszeit, seit dem brandneuen Zustand verstrichen ist. Man erkennt, dass der Kolben 48 und das Klemmelement 50 mit Steigerung der Nutzungszeit einen stärkeren Verschleiß zeigen und der Verschleißgrad ΔW_n groß wird.
Nachdem die Klemmung der Bremsscheibe 40 durch das Arbeitsfluid mit dem festgelegten Druck Vs freigegeben wurde, wird der Druck V des der Klemmfreigabefluidkammer 54b zugeführten Arbeitsfluides abgesenkt. Wenn der Druck V des Arbeitsfluides kleiner wird als die Vorspannkraft des Vorspannelements 52, beginnt der Kolben 48 seine Bewegung in der Klemmrichtung. Hierdurch wird das Lastdrehmoment τ der Spindel 30 (Motor 38) erhöht.
Wenn der Verschleißgrad ΔW_n gleich null ist, wird in dieser Hinsicht die Vorspannkraft des Vorspannelements 52 in der Klemmrichtung am größten, und wenn der Verschleißgrad ΔW_n ansteigt, sinkt die Vorspannkraft des Vorspannelements 52 in der Klemmrichtung. Der Grund, warum die Vorspannkraft des Vorspannelements 52 in der Klemmrichtung absinkt, wenn der Verschleißgrad ΔW_n ansteigt, ist folgender. Wenn der Verschleißgrad ΔW_n ansteigt, bewegt sich nämlich die Kontaktposition des Kolbens 48 mit der Bremsscheibe 40 in der Klemmrichtung in einem größeren Maße, und die Rückstellkraft des Vorspannelements 52 wird verringert. Wenn der Verschleißgrad ΔW_n ansteigt, wird daher der Druck V_n des Arbeitsfluids niedrig, wenn das Lastdrehmoment τ der Spindel 30 das Referenzlastdrehmoment τs übersteigt.
Der Druck V des Arbeitsfluids ist der Referenzdruck V₀ wenn das Lastdrehmoment τ der Spindel 30, das durch die Linie L0 gezeigt wird, das Referenzlastdrehmoment τs übersteigt. Der Druck V des Arbeitsfluids ist V_n=1, wenn das Lastdrehmoment τ der Spindel 30, das durch die Linie L1 gezeigt wird, das Referenzlastdrehmoment τs übersteigt. Der Druck V des Arbeitsfluids ist V_n=2, wenn das Lastdrehmoment τ der Spindel 30, das durch die Linie L2 gezeigt wird, das Referenzlastdrehmoment τs übersteigt.
Wie aus 5 ersichtlich ist, ändert sich das Lastdrehmoment τ₀ der Spindel 30 (Motor 38) nicht, wenn die Klemmung der Bremsscheibe 40 durch das Arbeitsfluid mit dem festgelegten Druck Vs freigegeben wird, und zwar unabhängig von dem Verschleißgrad des Kolbens 48 und des Klemmelements 50. Daher kann das Referenzlastdrehmoment τs (= τ₀ + α) vorab in dem Speichermedium 62 gespeichert werden. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit, dass die Verschleißgradberechnungseinheit 72 das Referenzlastdrehmoment τs berechnet.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Ableiten der Gleichung (1) kurz beschrieen. In dem Fall, wenn der Kolben 48 und das Klemmelement 50 brandneu sind, kann die Kraft F₀, welche den Kolben 48 in der Klemmrichtung drückt, wenn das Lastdrehmoment τ der Spindel 30 das Referenzlastdrehmoment τs übersteigt, durch folgende Gleichung (2) gezeigt werden. In dem Fall, wenn der n-te Diagnosemodus ausgeführt wird, kann die Kraft V_n, welche den Kolben 48 in der Klemmrichtung drückt, wenn das Lastdrehmoment τ der Spindel 30 das Referenzlastdrehmoment τs übersteigt, durch die folgende Gleichung (3) dargestellt werden. Außerdem können der Verschleißgrad ΔW_n zum Zeitpunkt der Ausführung des n-ten Diagnosemodus und die Druckkräfte F₀, F_n durch die nachfolgende Gleichung (4) dargestellt werden: $F_{0} = V_{0} \cdot S$
$F_{n} = V_{n} \cdot S$
$F_{n} = F_{0} - Δ W_{n} \cdot k$
Die obige Gleichung (1) kann aus den obigen Gleichungen (2) bis (4) abgeleitet werden.
Die Restproduktlebensdauerberechnungseinheit 74 berechnet die verbleibende Produktlebensdauer LT_n bis der Verschleißgrad ΔW_n des Kolbens 48 und des Klemmelements 50 den vorbestimmten maximalen Verschleißgrad ΔW_max erreicht, auf der Basis des Verschleißgrades ΔW_n, der durch die Verschleißgradberechnungseinheit 72 berechnet wird. Der maximale Verschleißgrad ΔW_max wird in dem Speichermedium 62 gespeichert.
Die Restproduktlebensdauerberechnungseinheit 74 berechnet die verbleibende Produktlebensdauer LT_n auf der Basis des Verschleißgrades ΔW_n-j, der in der Vergangenheit (j-Mal vorher) berechnet wurde, und des Verschleißgrades ΔW_n, der aktuell berechnet wurde, des Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt T_n-j, zu welchem die Verschleißgradberechnungseinheit 72 den Verschleißgrad ΔW_n-j in der Vergangenheit berechnet hat, und dem Zeitpunkt T_n, zu welchem die Verschleißgradberechnungseinheit 72 den Verschleißgrad ΔW₀ aktuell berechnet, und dem maximalen Verschleißgrad ΔW_max. Man beachte, dass die verbleibende Produktlebensdauer LT_n die verbleibende Produktlebensdauer zeigt, welche durch Ausführen des aktuellen Diagnosemodus (n-ter Diagnosemodus) berechnet wird.
Im Einzelnen berechnet die Restproduktlebensdauerberechnungseinheit 74 die verbleibende Produktlebensdauer LT_n auf der Basis der folgenden Gleichung (5): ${LT}_{n} = (T_{n} - T_{n - j}) \cdot (Δ W_{max} - Δ W_{n}) / (Δ W_{n} - Δ W_{n - j})$
wobei n eine ganze Zahl von 2 oder mehr (≥ 2) bezeichnet und wobei j eine ganze Zahl von 1 oder mehr, aber weniger als n bezeichnet (1 ≤ j < n).
Die Anzeigesteuereinheit 76 zeigt die verbleibende Produktlebensdauer LT_n, die von der Restproduktlebensdauerberechnungseinheit 74 berechnet wurde, auf der Anzeigeeinheit 64 an. Die Anzeigesteuereinheit 76 kann anstelle der verbleibenden Produktlebensdauer LT_n den Verschleißgrad ΔW_n und den maximalen Verschleißgrad ΔW_max anzeigen, der von der Verschleißgradberechnungseinheit 72 berechnet wurde. Dies liegt daran, dass es der Bedienperson möglich ist, die verbleibende Produktlebensdauer LT_n des Kolbens 48 und des Klemmelements 50 zu einem gewissen Grad zu erkennen, wenn der aktuelle Verschleißgrad ΔW_n und der maximale Verschleißgrad ΔW_max bekannt sind. Außerdem kann die Anzeigesteuereinheit 76 auf der Anzeigeeinheit 64 einfach den Verschleißgrad ΔW_n anzeigen, der von der Verschleißgradberechnungseinheit 72 berechnet wird. Auf diese Weise kann die Bedienperson den Verschleißgrad erkennen.
Als nächstes wird mit Bezug auf das Fließdiagramm gemäß 6 der Vorgang des Ausführens des Diagnosemodus beschrieben. Man beachte, dass der in 6 gezeigte Vorgang ausgeführt wird, wenn die Bedienperson den Diagnosemodus durch Betätigen der Eingabeeinheit 60 einstellt. Während der Ausführung des Diagnosemodus detektieren die Druckdetektionseinheit 18 und die Lastdetektionseinheit 20 den Druck V und das Lastdrehmoment _T in festgelegten Zyklen.
In Schritt S1 gibt die Antriebssteuereinheit 70 einen Klemmfreigabebefehl an die Klemmmechanismusantriebseinheit 14. Wenn die Klemmmechanismusantriebseinheit 14 den Klemmfreigabebefehl empfängt, liefert die Klemmmechanismusantriebseinheit 14 ein Arbeitsfluid mit festgelegtem Druck Vs an die Klemmfreigabefluidkammer 54b. Hierdurch wird die Klemmung der Bremsscheibe 40 freigegeben.
Dann gibt die Antriebssteuereinheit 70 in Schritt S2 einen Drehbefehl an die Motorantriebseinheit 16. Wenn die Motorantriebseinheit 16 den Drehbefehl empfängt, treibt die Motorantriebseinheit 16 den Motor 38 in einer solchen Weise an, dass sich der Motor 38 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit dreht.
Dann berechnet die Verschleißgradberechnungseinheit 72 in Schritt S3 das Referenzlastdrehmoment τs aus dem Lastdrehmoment τ, das von der Lastdetektionseinheit 20 erfasst wurde. Zum Zeitpunkt der Berechnung des Referenzlastdrehmoments τs ist die Klemmung der Bremsscheibe 40 vollständig freigegeben.
Dann steuert die Antriebssteuereinheit 70 in Schritt S4 die Klemmmechanismusantriebseinheit 14, um den Druck V des Arbeitsfluids, das der Klemmfreigabefluidkammer 54b zugeführt wird, allmählich abzusenken.
Dann bestimmt die Verschleißgradberechnungseinheit 72 in Schritt S5, ob das zuletzt von der Lastdetektionseinheit 20 detektierte Lastdrehmoment τ das Referenzlastdrehmoment τs überschritten hat oder nicht. Die Routine kehrt zu Schritt S4 zurück, bis das zuletzt detektierte Lastdrehmoment τ das Referenzlastdrehmoment τs überschritten hat. Wenn bestimmt wird, dass das zuletzt detektierte Lastdrehmoment τ das Referenzlastdrehmoment τs überschritten hat, geht die Routine zu Schritt S6 weiter.
Wenn die Routine zu Schritt S6 weitergeht, berechnet die Verschleißgradberechnungseinheit 72 den Verschleißgrad ΔW_n unter Verwendung des Druckes V_n des aktuellen Arbeitsfluids, das heißt unter Verwendung des zuletzt von der Druckdetektionseinheit 18 detektierten Druckes V_n des Arbeitsfluids. Die Verschleißgradberechnungseinheit 72 berechnet den Verschleißgrad ΔW_n mit Hilfe der Gleichung (1).
Dann berechnet die Restproduktlebensdauerberechnungseinheit 74 in Schritt S7 die verbleibende Produktlebensdauer LT_n unter Verwendung des Verschleißgrades ΔW_n, der in Schritt S6 berechnet wurde. Die Restproduktlebensdauerberechnungseinheit 74 führt diese Berechnung mit Hilfe der Gleichung (5) durch.
Dann zeigt die Anzeigesteuereinheit 76 in Schritt S8 die verbleibende Produktlebensdauer LT_n, die im Schritt S7 berechnet wurde, auf der Anzeigeeinheit 64 an. Die Anzeigesteuereinheit 76 kann den in Schritt S6 berechneten Verschleißgrad ΔW_n und den maximalen Verschleißgrad ΔW_max auf der Anzeigeeinheit 64 anzeigen oder einfach den in Schritt S6 berechneten Verschleißgrad ΔW_n auf der Anzeigeeinheit 64 anzeigen. Man beachte, dass der Vorgang in Schritt S7 dann nicht erforderlich ist, wenn die verbleibende Produktlebensdauer LT_n nicht berechnet wird.
[Ausführungsbeispiele]
Die obige Ausführungsform kann in folgender Weise modifiziert werden.
<Modifizierte Ausführungsform 1 >
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird bei Durchführung des Diagnosemodus in dem Zustand, wenn der Motor 38 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit gedreht wird, der der Klemmfreigabefluidkammer 54b zugeführte Druck V des Arbeitsfluides allmählich abgesenkt. Alternativ kann die Absenkung des Druckes V des Arbeitsfluides und die Rotation des Motors 38 abwechselnd wiederholt werden, bis das Lastdrehmoment τ das Referenzlastdrehmoment _TS überschreitet. Nachdem der Druck V des Arbeitsfluides um einen festgelegten Druck abgesenkt wurde, wird beispielsweise der Motor 38 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit gedreht, und wenn das Lastdrehmoment _T der Spindel 30 das Referenzlastdrehmoment τs nicht überschreitet, wird die Rotation des Motors 38 zeitweise gestoppt. Dann kann der Vorgang des weiteren Absenkens des Drucks V des Arbeitsfluides um den bestimmten Druck und das erneute Drehen des Motors 38 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit wiederholt werden, bis das Lastdrehmoment τ der Spindel 30 das Referenzlastdrehmoment τs überschreitet.
<Modifizierte Ausführungsform 2>
Bei der obigen Ausführungsform und dem modifizierten Beispiel 1 ist die Spindel 30 an dem Rotor 38b des Motors 38 angebracht. Alternativ kann die Spindel 30 an der an dem Rotor 38b des Motors 38 angebrachten Ausgangswelle vorgesehen sein. In diesem Fall kann die Lastdetektionseinheit 20 das Lastdrehmoment _T der Ausgangswelle des Motors 38 erfassen. Auch wenn die Ausführungsform in Verbindung mit dem Fall der Verwendung des Drehtisches 12 eines Direktantriebsmechanismus beschrieben wurde, ist es auch möglich, einen Drehtisch zu verwenden, der mit einer Ausgangswelle des Motors 38 und der Spindel 30 über einen Abbremsmechanismus verbunden ist.
[Technische Ideen, die sich aus den Ausführungsformen ableiten lassen]
Technische Ideen, die sich aus der Ausführungsform und den modifizierten Beispielen 1, 2 erkennen lassen, werden nachfolgend beschrieben.
<Erste technische Idee>
Die Drehtischvorrichtung (10) umfasst den Klemmmechanismus (12a). Der Klemmmechanismus (12a) umfasst die Bremsscheibe (40), die dazu ausgestaltet ist, sich zusammen mit der das Werkstück drehenden Spindel (30) zu drehen, den Kolben (48), der dazu ausgestaltet ist, sich in der Klemmrichtung, in welcher die Bremsscheibe (40) geklemmt wird, und in der Klemmfreigaberichtung, in welcher die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wird, zu verschieben, das Klemmelement (50), das dazu ausgestaltet ist, die Bremsscheibe (40) zwischen dem Klemmelement (50) und dem Kolben (48), der sich in der Klemmrichtung verschoben hat, zu halten, und das Vorspannelement (52), das dazu ausgestaltet ist, den Kolben (48) durch die Rückstellkraft aufgrund der elastischen Deformation in der Klemmrichtung vorzuspannen. Die Drehtischvorrichtung (10) umfasst die Klemmmechanismusantriebseinheit (14), die Motorantriebseinheit (16), die Druckdetektionseinheit (18), die Lastdetektionseinheit (20), die Antriebssteuereinheit (70) und die Verschleißgradberechnungseinheit (72). In dem Fall des Klemmens der Bremsscheibe (40) ist die Klemmmechanismusantriebseinheit (14) so ausgestaltet, dass sie der Klemmfluidkammer (54a) Arbeitsfluid zuführt, um den Kolben (48) in der Klemmrichtung zu verschieben. In dem Fall der Freigabe der Klemmung der Bremsscheibe (40) ist die Klemmmechanismusantriebseinheit (14) dazu ausgestaltet, der Klemmfreigabefluidkammer (54b) das Arbeitsfluid zuzuführen, um den Kolben (48) in der Klemmfreigaberichtung zu bewegen, und um den Druck (V) des zugeführten Arbeitsfluides zu ändern. Die Motorantriebseinheit (16) ist dazu ausgestaltet, den Motor (38) anzutreiben, welcher die Spindel (30) dreht. Die Druckdetektionseinheit (18) ist dazu ausgestaltet, den Druck (V) des Arbeitsfluides zu erfassen. Die Lastdetektionseinheit (20) ist dazu ausgestaltet, das Lastdrehmoment (_T) der Spindel (30) zu erfassen. Die Antriebssteuereinheit (70) ist dazu ausgestaltet, die Klemmmechanismusantriebseinheit (14) zu steuern, um die Klemmung der Bremsscheibe (40) freizugeben, und um anschließend den Druck (V) des der Klemmfreigabefluidkammer (54b) zugeführten Arbeitsfluides abzusenken und die Motorantriebseinheit (16) zum Drehen des Motors (38) zu steuern. Die Verschleißgradberechnungseinheit (72) ist dazu ausgestaltet, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) auf der Basis des Referenzdruckes (V₀) und des Druckes (V_n) des Arbeitsfluids zu berechnen, wenn das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (τs) überschreitet.
Auf diese Weise ist es möglich, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
Das Referenzlastdrehmoment (τs) kann ein Drehmoment sein, das durch Addition eines festgelegten Drehmoments (a) zu dem Lastdrehmoment (τ₀) der Spindel (30), wenn der Motor (38) durch Freigabe der Klemmung der Bremsscheibe (40) unter Verwendung des Arbeitsfluides mit dem festgelegten Druck (Vs) gedreht wird, generiert wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
Der Referenzdruck (V₀) kann ein Druck (V) des Arbeitsfluids sein, wenn das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (τs) übersteigt, in dem Zustand, wenn der Kolben (48) und das Klemmelement (50) keinen Verschleiß zeigen, nachdem die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wurde, wird der Druck (V) des Arbeitsfluids, das der Klemmfreigabefluidkammer (54b) zugeführt wird, abgesenkt, und der Motor (38) wird gedreht. Dadurch ist es möglich, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
Die Verschleißgradberechnungseinheit (72) kann dazu ausgestaltet sein, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) mit Hilfe der oben beschriebenen Gleichung (1) zu berechnen. In der Gleichung (1) bezeichnet S die effektive Fläche der Klemmfreigabefluidkammer (54b), k bezeichnet den Elastizitätsmodul des Vorspannelements (52) und n ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr. In dieser Weise ist es möglich, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
Die Drehtischvorrichtung (10) kann die Restproduktlebensdauerberechnungseinheit (74) aufweisen, die dazu ausgestaltet ist, die verbleibende Lebenszeit (LT_n) bis der Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) den vorbestimmten Maximalverschleißgrad (ΔW_max) auf der Basis des Verschleißgrades (ΔW_n), der von der Verschleißgradberechnungseinheit (72) berechnet wurde, zu berechnen. Auf diese Weise ist es möglich, die verbleibende Produktlebenszeit (LT_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
Die Restproduktlebensdauerberechnungseinheit (74) kann dazu ausgestaltet sein, die verbleibende Lebenszeit (LT_n) auf der Basis des Verschleißgrades (ΔW_n-j) zu berechnen, die in der Vergangenheit (vor j-Malen) berechnet wurde, und des Verschleißgrades (ΔW_n), der aktuell durch die Verschleißgradberechnungseinheit (72) berechnet wird, des Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt (T_n _j), zu welchem der Verschleißgrad (ΔW_n-j) in der Vergangenheit (vor j-Malen) berechnet wurde, und des Zeitpunkts (T_n), zu welchem der Verschleißgrad (ΔW_n) aktuell durch die Verschleißgradberechnungseinheit (72) berechnet wurde, und des maximalen Verschleißgrades (ΔW_max). Auf diese Weise ist es möglich, die verbleibende Produktlebenszeit (LT_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
Die Restproduktlebensdauerberechnungseinheit (74) kann dazu ausgestaltet sein, die verbleibende Produktlebenszeit (LT_n) mit Hilfe der obigen Gleichung (5) zu berechnen. Man beachte, dass n eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist und dass j eine ganze Zahl von 1 oder mehr, aber weniger als n ist. Dadurch ist es möglich, die Produktlebenszeit (LT_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
<Zweite technische Idee>
Der Klemmmechanismus (12a) für die Drehtischvorrichtung (10) umfasst die Bremsscheibe (40), die dazu ausgestaltet ist, sich zusammen mit der Spindel (30), welche das Werkstück dreht, zu drehen, den Kolben (48), der dazu ausgestaltet ist, sich in der Klemmrichtung zu bewegen, in welcher die Bremsscheibe (40) geklemmt wird, und in der Klemmfreigaberichtung, in welcher die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wird, das Klemmelement (50), das dazu ausgestaltet ist, die Bremsscheibe (40) zwischen dem Klemmelement (50) und dem Kolben (48), der sich in der Klemmrichtung verschoben hat, zu halten, und ein Vorspannelement (52), das dazu ausgestaltet ist, den Kolben (48) durch eine Rückstellkraft aufgrund elastischer Deformation in der Klemmrichtung vorzuspannen. Die Drehtischvorrichtung (10) umfasst die Klemmmechanismusantriebseinheit (14), die dazu ausgestaltet ist, der Klemmfluidkammer (54a) Arbeitsfluid zuzuführen, um den Kolben (48) in der Klemmrichtung zu verschieben, wenn die Bremsscheibe (40) geklemmt wird, und das Arbeitsfluid der Klemmfreigabefluidkammer (54b) zuzuführen, um den Kolben (48) in der Klemmfreigaberichtung zu verschieben und den Druck (V) des zugeführten Arbeitsfluides zu ändern, wenn die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wird, und die Motorantriebseinheit (16), die dazu ausgestaltet ist, den Motor (38), der die Spindel (30) dreht, anzutreiben. Das Verfahren zur Steuerung der Drehtischvorrichtung (10) umfasst die Schritte der Detektion des Druckes (V) des Arbeitsfluids, der Detektion des Lastdrehmoments (τ) der Spindel (30), des Kontrollierens der Klemmmechanismusantriebseinheit (14), um die Klemmung der Bremsscheibe (40) freizugeben, und anschließend den Druck (V) des der Klemmfreigabefluidkammer (54b) zugeführten Arbeitsfluides abzusenken und die Motorantriebseinheit (16) so zu steuern, dass sie den Motor (38) dreht, und zum Berechnen des Verschleißgrades (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) auf der Basis des Referenzdruckes (V₀) und des Druckes (V₀) des Arbeitsfluids, wenn das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (τs) überschreitet.
Auf diese Weise ist es möglich, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
Das Referenzlastdrehmoment (τs) kann ein Drehmoment sein, das durch Addition eines festgelegten Drehmoments (α) zu dem Lastdrehmoment (τ₀) der Spindel (30), wenn der Motor (38) durch Freigabe der Klemmung der Bremsscheibe (40) unter Verwendung des Arbeitsfluids mit dem festgelegten Druck (Vs) gedreht wird, generiert wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
Der Referenzdruck (V₀) kann ein Druck (V) des Arbeitsfluids sein, wenn das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (τs) in dem Zustand überschreitet, wenn der Kolben (48) und das Klemmelement (50) keinen Verschleiß zeigen, nachdem die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wird, der Druck (V) des der Klemmfreigabekammer (54b) zugeführten Arbeitsfluids abgesenkt wird und der Motor (38) gedreht wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
In dem Schritt der Berechnung des Verschleißgrades kann der Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) mit Hilfe der obigen Gleichung (1) berechnet werden. In der Gleichung (1) ist S die effektive Fläche der Klemmfreigabefluidkammer (54b), k ist der Elastizitätsmodul des Vorspannelements (52) und n ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr. Auf diese Weise ist es möglich, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
Das Verfahren zum Steuern der Drehtischvorrichtung (10) kann den Schritt der Berechnung der verbleibenden Produktlebenszeit (LT_n), bis der Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) den vorbestimmten maximalen Verschleißgrad (ΔW_max) erreicht, auf der Basis des in dem Schritt der Berechnung des Verschleißgrades berechneten Verschleißgrades (ΔW_n) umfassen. Auf diese Weise ist es möglich, die verbleibende Produktlebenszeit (LT_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
In dem Schritt der Berechnung der verbleibenden Produktlebenszeit kann die verbleibende Produktlebenszeit (LT_n) auf der Basis des Verschleißgrades (ΔW_n-j) berechnet werden, der in der Vergangenheit (vor j-Malen) berechnet wurde, und des Verschleißgrades (ΔW_n), der aktuell in dem Schritt der Berechnung des Verschleißgrades berechnet wurde, des Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt (T_n-j), zu welchem der Verschleißgrad (ΔW_n-j) in der Vergangenheit (vor j-Malen) berechnet wurde, und dem Zeitpunkt (T_n), zu welchem der Verschleißgrad (ΔW_n) aktuell in dem Schritt der Berechnung des Verschleißgrades berechnet wurde, und des maximalen Verschleißgrades (ΔW_max). Auf diese Weise ist es möglich, die verbleibende Produktlebenszeit (LT_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.
In dem Schritt der Berechnung der verbleibenden Produktlebenszeit kann die Produktlebenszeit (LT_n) mit Hilfe der obigen Gleichung (5) berechnet werden. In der Gleichung (5) ist n eine ganze Zahl von 2 oder mehr und j bezeichnet eine ganze Zahl von 1 oder mehr, die kleiner ist als n. Daher ist es möglich, die Lebenszeit (LT_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einfach zu berechnen.

Claims

Eine Drehtischvorrichtung (10) mit einem Klemmmechanismus (12a), wobei der Klemmmechanismus (12a) umfasst: eine Bremsscheibe (40), die dazu ausgestaltet ist, sich zusammen mit einer Spindel (30) zu drehen, welche ein Werkstück dreht, einen Kolben (48), der dazu ausgestaltet ist, sich in einer Klemmrichtung, in welcher die Bremsscheibe (40) geklemmt wird, und einer Klemmfreigaberichtung, in welcher die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wird, zu verschieben, ein Klemmelement (50), das dazu ausgestaltet ist, die Bremsscheibe (40) zwischen dem Klemmelement (50) und dem Kolben (48), der sich in der Klemmrichtung verschoben hat, zu halten, und ein Vorspannelement (52), das dazu ausgestaltet ist, den Kolben (48) durch eine Rückstellkraft aufgrund elastischer Deformation in der Klemmrichtung vorzuspannen, wobei die Drehtischvorrichtung (10) umfasst: eine Klemmmechanismusantriebseinheit (14), die dazu ausgestaltet ist, einer Klemmfluidkammer (54a) Arbeitsfluid zuzuführen, um den Kolben (48) in der Klemmrichtung zu bewegen, wenn die Bremsscheibe (40) geklemmt wird, und das Arbeitsfluid einer Klemmfreigabefluidkammer (54b) zuzuführen, um den Kolben (48) in der Klemmfreigaberichtung zu bewegen und einen Druck des zugeführten Arbeitsfluids zu ändern, wenn die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wird, eine Motorantriebseinheit (16), die dazu ausgestaltet ist, den Motor (38), der die Spindel (30) dreht, anzutreiben, eine Druckdetektionseinheit (18), die dazu ausgestaltet ist, den Druck (V) des Arbeitsfluids zu detektieren, eine Lastdetektionseinheit (20), die dazu ausgestaltet ist, das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) zu detektieren, eine Antriebssteuereinheit (70), die dazu ausgestaltet ist, die Klemmmechanismusantriebseinheit (14) zu steuern, um die Klemmung der Bremsscheibe (40) freizugeben und anschließend den Druck des Arbeitsfluids, das der Klemmfreigabefluidkammer (54a) zugeführt wird, abzusenken und die Motorantriebseinheit (16) zu steuern, um den Motor (38) zu drehen, und eine Verschleißgradberechnungseinheit (72), die dazu ausgestaltet ist, einen Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) auf der Basis eines Referenzdruckes (V₀) und des Druckes (V₀) des Arbeitsfluides zu berechnen, wenn das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (τs) überschreitet.
Die Drehtischvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Referenzlastdrehmoment (τs) ein Drehmoment ist, das durch Addition eines festgelegten Drehmoments (a) zu dem Lastdrehmoment (τ₀) der Spindel (30) generiert wird, wenn der Motor (38) durch Freigabe der Klemmung der Bremsscheibe (40) unter Verwendung des Arbeitsfluids mit einem festgelegten Druck (Vs) gedreht wird.
Die Drehtischvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Referenzdruck (V0) ein Druck des Arbeitsfluids ist, wenn das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (τs) in einem Zustand überschreitet, wenn der Kolben (48) und das Klemmelement keinen Verschleiß zeigen, nachdem die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wurde, der Druck des Arbeitsfluids, das der Klemmfreigabefluidkammer (54b) zugeführt wurde, abgesenkt wird, und der Motor (38) gedreht wird.
Die Drehtischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verschleißgradberechnungseinheit (72) dazu ausgestaltet ist, den Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) mit Hilfe folgender Gleichung (1) zu berechnen: $Δ W_{n} = (V_{0} - V_{n}) \cdot S/k$
wobei ΔW_n der aktuell berechnete Verschleißgrad ist, V₀ der Referenzdruck ist, V_n der Druck des Arbeitsfluides ist, wenn das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (τs) überschreitet, S eine effektive Fläche der Klemmfreigabefluidkammer (54b) ist, k ein Elastizitätsmodul des Vorspannelements (52) ist und n eine ganze Zahl ≥ 1 ist.
Die Drehtischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, außerdem umfassend eine Restproduktlebenszeitberechnungseinheit (74), die dazu ausgestaltet ist, eine verbleibende Produktlebenszeit (LT_n) bis der Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einen vorbestimmten maximalen Verschleißgrad (ΔW_max) erreicht, auf der Basis des durch die Verschleißgradberechnungseinheit (72) berechneten Verschleißgrades (ΔW_n) zu berechnen.
Die Drehtischvorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei die Restproduktlebenszeitberechnungseinheit (74) dazu ausgestaltet ist, die verbleibende Produktlebenszeit (LT_n) auf der Basis des in der Vergangenheit berechneten Verschleißgrades (ΔW_n) und des aktuell durch die Verschleißgradberechnungseinheit berechneten Verschleißgrades (ΔW_n), eines Zeitintervalls zwischen einem Zeitpunkt, zu dem der Verschleißgrad (ΔW_n) in der Vergangenheit berechnet wurde, und einem Zeitpunkt, zu dem der Verschleißgrad (ΔW_n) aktuell durch die Verschleißgradberechnungseinheit (72) berechnet wurde, und des maximalen Verschleißgrads (ΔW_max) zu berechnen.
Die Drehtischvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Restproduktlebenszeitberechnungseinheit (74) dazu ausgestaltet ist, die verbleibende Lebenszeit (LT_n) mit Hilfe der folgenden Gleichung (2) zu berechnen: ${LT}_{n} = (T_{n} - T_{n - j}) \cdot (Δ W_{max} - Δ W_{n}) / (Δ W_{n} - Δ W_{n - j})$
wobei LT_n die verbleibende Produktlebensdauer bezeichnet, ΔW_n den aktuell berechneten Verschleißgrad bezeichnet, ΔW_n-j den beim j. Mal zuvor berechneten Verschleißgrad bezeichnet, T_n den Zeitpunkt bezeichnet, zu dem der Verschleißgrad ΔW_n berechnet wurde, T_n-j den Zeitpunkt bezeichnet, zu dem der Verschleißgrad ΔW_n-j berechnet wurde, ΔW_max den maximalen Verschleißgrad bezeichnet, n eine ganze Zahl ≥ 2 ist und j eine ganze Zahl ≥ 1 aber < n bezeichnet.
Ein Verfahren zum Steuern einer Drehtischvorrichtung (10) mit einem Klemmmechanismus (12a), wobei der Klemmmechanismus (12a) umfasst: eine Bremsscheibe (40), die dazu ausgestaltet ist, sich zusammen mit einer Spindel (30), die ein Werkstück dreht, zu drehen, einen Kolben (48), der dazu ausgestaltet ist, sich in einer Klemmrichtung, in welcher die Bremsscheibe (40) geklemmt wird, und einer Klemmfreigaberichtung, in welcher die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wird, zu bewegen, ein Klemmelement (50), das dazu ausgestaltet ist, die Bremsscheibe (40) zwischen dem Klemmelement (50) und dem Kolben (48), der sich in der Klemmrichtung bewegt hat, zu halten, und ein Vorspannelement (52), das dazu ausgestaltet ist, den Kolben (48) durch eine Rückstellkraft aufgrund elastischer Deformation in der Klemmrichtung vorzuspannen, wobei die Drehtischvorrichtung (10) umfasst: eine Klemmmechanismusantriebseinheit (14), die dazu ausgestaltet ist, einer Klemmfluidkammer (54a) Arbeitsfluid zuzuführen, um den Kolben (48) in der Klemmrichtung zu bewegen, wenn die Bremsscheibe (40) geklemmt wird, und das Arbeitsfluid einer Klemmfreigabekammer (54b) zuzuführen, um den Kolben (48) in der Klemmfreigaberichtung zu bewegen, und einen Druck des zugeführten Arbeitsfluids zu ändern, wenn die Klemmung der Bremsscheibe (40) freigegeben wird, und eine Motorantriebseinheit (16), die dazu ausgestaltet ist, den Motor (38), der die Spindel (30) dreht, anzutreiben, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Detektieren des Druckes (V) des Arbeitsfluides, Detektieren des Lastdrehmoments (τ) der Spindel (30), Steuern der Klemmmechanismusantriebseinheit (14), um die Klemmung der Bremsscheibe (40) freizugeben und anschließend den Druck des der Klemmfreigabefluidkammer (54b) zugeführten Arbeitsfluides abzusenken und die Motorantriebseinheit (16) so zu steuern, dass sie den Motor (38) dreht, und Berechnen eines Verschleißgrades (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) auf der Basis eines Referenzdruckes (V₀) und des Druckes (V₀) des Arbeitsfluides, wenn das Lastdrehmoment der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (τs) überschreitet.
Das Verfahren zum Steuern der Drehtischvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei das Referenzlastdrehmoment (τs) ein Drehmoment ist, das durch Addition eines festgelegten Drehmoments (a) zu dem Lastdrehmoment (τ₀) der Spindel (30), wenn der Motor (38) durch Freigabe der Klemmung der Bremsscheibe (40) mit Hilfe des Arbeitsfluids mit einem festgelegten Druck (Vs) gedreht wird, generiert wird.
Das Verfahren zur Steuerung der Drehtischvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Referenzdruck (V₀) ein Druck des Arbeitsfluids ist, wenn das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (τs) in einem Zustand überschreitet, in dem der Kolben (48) und das Klemmelement (50) keinen Verschleiß zeigen, nachdem die Klemmung der Bremsscheibe (30) freigegeben wurde, der Druck des der Klemmfreigabefluidkammer (54b) zugeführten Arbeitsfluides abgesenkt wurde und der Motor (38) gedreht wird.
Das Verfahren zum Steuern der Drehtischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei in dem Schritt der Berechnung des Verschleißgrades der Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) mit Hilfe der folgenden Gleichung (3) berechnet wird: $Δ W_{n} = (V_{0} - V_{n}) \cdot S/k$
wobei ΔW_n der aktuell berechnete Verschleißgrad ist, V₀ der Referenzdruck ist, V_n der Druck des Arbeitsfluides ist, wenn das Lastdrehmoment (τ) der Spindel (30) das Referenzlastdrehmoment (_TS) überschreitet, S eine effektive Fläche der Klemmfreigabefluidkammer (54b) ist, k ein Elastizitätsmodul des Vorspannelements (52) ist und n eine ganze Zahl ≥ 1 ist.
Das Verfahren zum Steuern der Drehtischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, umfassend den Schritt der Berechnung einer verbleibenden Lebenszeit (LT_n) bis der Verschleißgrad (ΔW_n) des Kolbens (48) und des Klemmelements (50) einen festgelegten maximalen Verschleißgrad (ΔW_max) erreicht auf der Basis des in dem Schritt der Berechnung des Verschleißgrades berechneten Verschleißgrades (ΔW_n).
Das Verfahren zum Steuern der Drehtischvorrichtung (10) nach Anspruch 12, wobei in dem Schritt der Berechnung der verbleibenden Produktlebenszeit die verbleibende Produktlebenszeit (LT_n) auf der Basis des Verschleißgrades (ΔW_n) berechnet wird, der in der Vergangenheit berechnet wurde, und des Verschleißgrades(ΔW_n), der aktuell in dem Schritt der Berechnung des Verschleißgrades berechnet wurde, eines Zeitintervalls zwischen einem Zeitpunkt, zu dem der Verschleißgrad (ΔW_n) in der Vergangenheit berechnet wurde, und einem Zeitpunkt, zu dem der Verschleißgrad (ΔW_n) aktuell in dem Schritt der Berechnung des Verschleißgrades berechnet wurde, und des maximalen Verschleißgrades (ΔWmax).
Das Verfahren zum Steuern der Drehtischvorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei in dem Schritt der Berechnung der verbleibenden Produktlebenszeit die verbleibende Produktlebenszeit (LT_n) mit Hilfe der folgenden Gleichung (4) berechnet wird: ${LT}_{n} = (T_{n} - T_{n - j}) \cdot (Δ W_{max} - Δ W_{n}) / (Δ W_{n} - Δ W_{n - j})$
wobei LT_n die verbleibende Produktlebenszeit bezeichnet, ΔW_n den aktuell berechneten Verschleißgrad bezeichnet, ΔW_n-j den beim j. Mal zuvor berechneten Verschleißgrad bezeichnet, T_n den Zeitpunkt bezeichnet, zu welchem der Verschleißgrad ΔW_n berechnet wurde, T_n-j den Zeitpunkt bezeichnet, zu welchem der Verschleißgrad ΔW_n-j berechnet wurde, ΔW_max den maximalen Verschleißgrad, n eine ganze Zahl ≥ 2 ist und j eine ganze Zahl > 1 aber < n ist.