DE102018219882A1

DE102018219882A1 - Abnormitätsdiagnoseverfahren und Abnormitätsdiagnoseeinrichtung für eine Zustellachse

Info

Publication number: DE102018219882A1
Application number: DE102018219882.9A
Authority: DE
Inventors: Takumi HONGO
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-05-29
Also published as: JP2019095346A; CN109839270A; US20190163164A1; JP7000135B2; CN109839270B; US10585416B2

Abstract

Ein Abnormitätsdiagnoseverfahren führt einen Antriebsinformationserlangungsschritt eines Veranlassens der Zustellachse (1), eine Achsenoperation bei einer vorbestimmten Diagnosebedingung durchzuführen um eine Antriebsinformation entsprechend einer Steuerung des Antriebsmotors (3) zu erlangen, einen Frequenzanalyseschritt eines Durchführens einer Frequenzanalyse einer erlangten Antriebsinformation, einen Schadensfrequenzerlangungsschritt eines Erlangens einer Schadensfrequenz, die erzeugt wird während die Zustellachse (1), dessen Lager beschädigt ist, die Achsenoperation durchführt, aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse, und einen Bestimmungsschritt eines Vergleichen der erlangten Schadensfrequenz mit einem vorbestimmten Schwellwert, um eine Anwesenheit/Abwesenheit einer Abnormität zu bestimmen, aus. In dem Bestimmungsschritt wird, bevor die Schadensfrequenz mit dem Schwellwert verglichen wird, eine Bestimmung durchgeführt, ob sich eine Schwingungsfrequenz des Lagers und eine Schwingungsfrequenz, die erzeugt wird, während ein Wälzelement durch eine Mutter (4) der Kugelumlaufspindel (2) durchgeht, überlagern oder nicht, und der Vergleich wird durch Festlegen der jeweiligen Schwellwerte, die in einem Fall der Überlagerung und einem Fall keiner Überlagerung unterschiedlich sind, durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Diagnostizieren einer Abnormität einer Zustellachse in einer Maschine, wie etwa in einer Werkzeugmaschine, die die Zustellachse mit einer Kugelumlaufspindel enthält.
In einer Zustellachse einer Werkzeugmaschine wird oft ein System, in dem eine Drehbewegung eines Motors an eine Kugelumlaufspindel eines Linearantriebs übertragen wird, verwendet. Jedoch treten in einer Maschine, die mehrere Jahre betrieben wird, beispielsweise ein Vorspannungsverlust aufgrund von Verschleiß und ein Schaden aufgrund eines Eintretens von Fremdkörpern, eines Schmierungsfehlers, oder dergleichen auf, was einen Genauigkeitsfehler und ein abnormes Geräusch verursachen kann. In einem solchen Zustand treten ein Problem eines Formfehlers, eines Fehlers in einer Abtragungszustellrichtung und dergleichen von einem Werkstück auf. Dementsprechend wird es bevorzugt, dass Maschinenkomponenten, wie etwa die Kugelumlaufspindel, ein Lager und eine Linearführung, die die Zustellachse bilden, ersetzt werden bevor eine Verschlechterung oder ein Schaden, um das Problem zu verursachen, auftritt.
Um einen Zustand der Maschinenkomponente zurückzumelden, wurden verschiedene Diagnoseverfahren, beispielsweise ein Verfahren, das eine Schwingung der Kugelumlaufspindel, des Lagers und der Linearführung durch einen Schwingungssensor erfasst und diagnostiziert, und ein Verfahren, das intern einen Wegaufnehmer anordnet um eine Positioniergenauigkeit zu messen, vorgeschlagen. Jedoch kann ein Hinzufügen eines Sensors nahe einer Stelle, die gewünscht ist, diagnostiziert zu werden, die Gesamtkosten erhöhen. Ferner gibt's auch das Problem, dass die Anzahl von möglicherweise defekten Teilen ansteigt, und es gibt auch das Problem, dass dies zu einer Erhöhung eines Fehlerrisikos führt.
Um das Problem zu lösen wurde ein Verfahren zum Diagnostizieren vorgeschlagen, das eine für eine Steuerung verwendete Antriebsinformation verwendet, ohne einen zusätzlichen Sensor für eine Diagnose zu verwenden. Als eines von Verfahren, das eine Abnormität eines Untersetzungsgetriebes bestimmt, schlägt das japanische Patent Nr. 4112594 ein Verfahren vor, das eine Frequenzanalyse für einen abgeschätzten Störungswert und eine Drehmomentanweisung in der Steuerung durchführt, um Spektren der Frequenz entsprechend von ganzzahligen vielfachen von Rotationsfrequenzen einer Achse zu vergleichen. JP-A-2009-68950 schlägt ein Verfahren vor, das in einer durch einen Motor angetriebenen Maschine eine FourierTransformation eines Drehmomentanweisungswerts ausführt und ein Spektrum erhält und angibt, und sich auf die Drehzahl während der Motor rotiert wird und ein durch die Drehzahl verursachtes Spektrum einer höheren Ordnung konzentriert, um eine Beschädigung der Maschine zurück zu melden.
Währenddessen gibt es in einer Werkzeugmaschine, die einen Zustellmechanismus in dem System, in dem die Drehbewegung des Motors zu der Kugelumlaufspindel zum Antreiben übertragen wird, aufweist, eine große Anzahl von Ursachen, wie etwa die Kugelumlaufspindel, das Lager und die Linearführung, die die Schwingung verursachen. Somit ist eine Bestimmung eines abnormen Teils durch Isolieren einer Mehrzahl von Schwingungselementen notwendig. Es ist bekannt, dass die Frequenz der Schwingung, die beim Betrieb von Maschinenkomponenten, wie etwa dem Lager, der Kugelumlaufspindel und der Linearführung, erzeugt wird, durch eine geometrische Formel berechnet werden kann. Eine beschädigte Stelle wird entsprechend der zugehörigen Frequenz, Ausmaßen bei ganzzahligen vielfachen Frequenzen von zugehörigen Frequenzen, einer Anwesenheit/Abwesenheit einer Spitze, und dergleichen bestimmt.
Die folgenden Formeln (1) bis (7) geben jeweilige Berechnungsformeln von Schwingungsfrequenzen des Lagers, der Kugelumlaufspindel und der Linearführung an.
[Berechnungen 1]
Frequenz eines Lagerinnenringschadens: $f_{b r i n} = \frac{Z_{b r} \cdot f_{r}}{2} (1 + \frac{d_{b r}}{D_{b r}} cos α_{b r})$
Frequenz eines Lageraußenringschadens: $f_{b r o u t} = \frac{Z_{b r} \cdot f_{r}}{2} (1 - \frac{d_{b r}}{D_{b r}} cos α_{b r})$
Frequenz einer Lagerwälzelementschadens: $f_{b r b a l l} = \frac{f_{r} \cdot D_{b r}}{2} [1 - (\frac{d_{b r}}{D_{b r}}) c o s^{2} a_{b r}]$

f_brin:: Frequenz eines Innenringschadens [Hz]
f_brout:: Frequenz eines Außenringschadens [Hz]
f_brball:: Frequenz eines Wälzelementschadens [Hz]
D_br:: Gewindesteigungslagerungsdurchmesser [mm]
d_br:: Wälzelementdurchmesser [mm]
Z_br:: Anzahl von Wälzelementen
α_br:: Kontaktwinkel [deg]
f_r:: Rotationsfrequenz [Hz]

[Berechnungen 2]
Anzahl von Wälzelementen pro Gewindesteigung einer Kugelumlaufspindel: $Z_{b s} = \frac{π \cdot D_{b s}}{d_{b s} \cdot c o s β_{b s}}$
Schwingung während Wälzelement durch Mutter einer Kugelumlaufspindel geht: $f_{b s n u t} = \frac{Z_{b s} \cdot f_{r}}{2} (1 - \frac{d_{b s}}{D_{b s}} cos α_{b s} \cdot cos β_{b s})$
Schwingung während Wälzelement durch Gewindespindel einer Kugelumlaufspindel geht: $f_{b s s c r e w} = \frac{Z_{b s} \cdot f_{r}}{2} (1 + \frac{d_{b s}}{D_{b s}} cos α_{b s} \cdot cos β_{b s})$

Z_bs:: Anzahl von Wälzelementen pro Gewindesteigung einer Kugelumlaufspindel
f_bsnut:: Schwingung während Wälzelement durch Mutter einer Kugelumlaufspindel durchgeht [Hz]
f_bsscrew:: Schwingung während Wälzelement durch Gewindespindel einer Kugelumlaufspindel geht [Hz]
D_bs:: Kugelumlaufspindel-Gewindesteigungsdurchmesser [mm]
d_bs:: Kugelumlaufspindel-Wälzelementdurchmesser [mm]
α_bs:: Kugelumlaufspindel-Kontaktwinkel [deg]
β_bs:: Kugelumlaufspindel-Führungswinkel [deg]

Wälzelement-Durchgangsschwingung einer Linearführung: $f_{lg} = \frac{f_{r} \cdot l_{b s}}{d_{lg}}$

f_lg:: Wälzelement-Durchgangsschwingung von Linearführung [Hz]
l_bs:: Gewindesteigung von Kugelumlaufspindel [mm]
d_lg:: Wälzelementabstand von Linearführung [mm]

Die in der Formel (4) berechnete Anzahl von Wälzelementen pro Gewindesteigung der Kugelumlaufspindel wird geometrisch berechnet. Andererseits kann die Schwingungsfrequenz in der tatsächlichen Gewindespindel niedriger als die in der theoretischen Formel sein, oder ist möglicherweise wegen eines Raums, der eine Zirkulationspassage, wie etwa ein Rückführrohr, sicherstellt, und einer Lastverteilung mit Abstandskugeln bezüglich der Position und der Zeitachse nicht stabil. Da die Bahnkurve der Wälzelemente unstetig ist, wird die Schwingung in der Kugelumlaufspindel oft selbst in einem nicht beschädigten Zustand erzeugt, während die Wälzelemente durch die Mutter der Gewindespindel durchgehen. Wenn eine Antriebsinformation verwendet wird, um die Abnormität in einem Zustand, in dem die oben erwähnten Fälle kombiniert erzeugt werden, zu diagnostizieren, kann in einer Konfiguration der Zustellachse, in der die Schwingungsfrequenz des Lagers nahe der Schwingungsfrequenz der Kugelumlaufspindel ist, die Schwingung der Kugelumlaufspindel in dem Normalzustand als die Schwingung des Lagers fehldiagnostiziert werden.
Daher wurde die Erfindung hinsichtlich solcher Probleme getätigt, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Diagnostizieren einer Abnormität einer Zustellachse bereitzustellen, die, in einer Konfiguration der Zustellachse, in der eine Schwingungsfrequenz des Lagers nahe einer Schwingungsfrequenz einer Kugelumlaufspindel ist, einen Schaden eines Lagers in geeigneter Weise erfassen können.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Abnormität einer Zustellachse in einer Maschine, die die Zustellachse aufweist. Die Zustellachse bewegt über eine Kugelumlaufspindel, die durch einen Antriebsmotor rotiert wird, einen beweglichen Körper. Das Verfahren führt ein Veranlassen der Zustellachse, eine Achsenoperation bei einer vorbestimmten Diagnosebedingung durchzuführen um eine Antriebsinformation entsprechend einer Steuerung des Antriebsmotors zu erlangen, ein Durchzuführen einer Frequenzanalyse der erhaltenen Antriebsinformation, ein Erlangen einer Schadensfrequenz, die erzeugt wird während die Zustellachse, dessen Lager beschädigt ist, die Achsenoperation durchführt, aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse, und ein Vergleichen der erlangten Schadensfrequenz mit einem vorbestimmten Schwellwert aus, um eine Anwesenheit/Abwesenheit eine Abnormität zu bestimmen. Bei der Bestimmung wird, bevor die Schadensfrequenz mit dem Schwellwert verglichen wird, eine Bestimmung durchgeführt, ob sich eine Schwingungsfrequenz des Lagers und eine Schwingungsfrequenz, die erzeugt wird, während ein Wälzelement durch eine Mutter der Kugelumlaufspindel geht, überlagern oder nicht, und der Vergleich wird durch Festlegen des jeweiligen Schwellwerts, der in einem Fall der Überlagerung und einem Fall von keiner Überlagerung unterschiedlich ist, durchgeführt.

1 ist ein Blockdiagramm einer Zustellachse und einer Positionsteuerungseinrichtung in einer Werkzeugmaschine; und
2 ist ein Ablaufdiagramm eines Abnormitätsdiagnoseverfahrens.

Das Folgende beschreibt Ausführungsformen der Erfindung basierend auf den Zeichnungen.
1 ist ein exemplarisches Blockdiagramm einer Zustellachse 1 und einer Positionssteuerungseinrichtung 10 in einer Werkzeugmaschine, auf die die Erfindung angewendet ist.
Zunächst enthält die Zustellachse 1 in der Werkzeugmaschine eine Kugelumlaufspindel 2 und einen beweglichen Körper 5. Die Kugelumlaufspindel 2 wird über ein Erlangen einer Positionsanweisung von einer Zustellachsensteuerungseinrichtung 21 einer numerischen Steuerungs- (NC-) Einrichtung 20 durch einen Antriebsmotor 3 rotierend angetrieben. Der bewegliche Körper 5 wird über eine Mutter 4 durch die Kugelumlaufspindel 2 geschraubt, um durch die Rotation der Kugelumlaufspindel 2 eine Vorschubschraubbewegung in einer axialen Richtung durchzuführen. Die Kugelumlaufspindel 2 hat beide Enden durch Lager (nicht dargestellt) zentrisch gelagert. Eine lineare Bewegung des beweglichen Körpers 5 wird durch eine Linearführung (nicht dargestellt) geführt. An dem Antriebsmotor 3 ist ein Positionsdetektor 6 montiert.
In die Positionssteuerungseinrichtung 10 werden die von der Zustellachsensteuerungseinrichtung 21 der NC-Einrichtung 20 ausgegebenen Positionsanweisungen und, durch den an dem Motor 3 montierten Positionsdetektor 6, eine derzeitige Position in ein Additionsglied 11 eingegeben und dann wird eine berechnete Positionsabweichung in eine Positionssteuerungseinrichtung 12 eingegeben. Die Positionssteuerungseinrichtung 12 erzeugt einen Geschwindigkeitsanweisungswert entsprechend einem Positionsfehlerausmaß, um den Geschwindigkeitsanweisungswert an eine Geschwindigkeitssteuerungseinrichtung 14 auszugeben. Die Geschwindigkeitssteuerungseinrichtung 14 erzeugt entsprechend dem eingegebenen Geschwindigkeitsanweisungswert und einem durch Berechnen der derzeitigen Position mit einem Differenzierglied 13 erlangten Geschwindigkeitserfassungswert einen Drehmomentanweisungswert, um den Drehmomentanweisungswert an eine Stromsteuerungseinrichtung 15 auszugeben. Die Stromsteuerungseinrichtung 15 steuert einen Strom zu dem Antriebsmotor 3 basierend auf dem eingegebenen Drehmomentanweisungswert. Eine in diesen Prozessen verwendet Information, die die durch den Positionsdetektor 6 erfasste derzeitige Position enthält, kann in einer Speichereinheit 22 der NC-Einrichtung 20 aufgezeichnet werden, um auf einem Monitor (nicht dargestellt) angezeigt zu werden.
In der NC-Einrichtung 20 sind, zusätzlich zu der Zustellachsensteuerungseinrichtung 21 und der Speichereinheit 22, ein Frequenzanalysator 23 und eine Abnormitätsdiagnoseeinheit 24 ausgebildet. Der Frequenzanalysator 23 ist ein Frequenzanalysemittel, das eine Frequenzanalyse einer Antriebsinformation gemäß der Steuerung des Antriebsmotors 3 durchführt wenn die Zustellachse 1 veranlasst wird, eine Achsenoperation für eine Abnormitätsdiagnose (eine Diagnoseoperationen), die später beschrieben wird, durchzuführen. Die Abnormitätsdiagnoseeinheit 24 erlangt eine Schadensfrequenz, die erzeugt wird wenn das Lager der Kugelumlaufspindel 2 beschädigt ist, aus seinem Frequenzanalyseergebnis und vergleicht die erlangte Schadensfrequenz mit einem vorbestimmten Schwellwert, um die Anwesenheit/Abwesenheit der Abnormität zu bestimmen. Das heißt, dass die NC-Einrichtung 20 auch eine Funktion als die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung der Erfindung hat. Hierbei funktioniert die Abnormitätsdiagnoseeinheit 24 als ein Antriebsinformationserlangungsmittel, das die Antriebsinformation beim Veranlassen der Zustellachse, die Achsenoperationen bei einer vorbestimmten Diagnosebedingung durchzuführen, über die Zustellachsensteuerungseinrichtung 21 erlangt. Die Abnormitätsdiagnoseeinheit 24 funktioniert auch als ein Schadensfrequenzerlangungsmittel, das die Schadensfrequenz des Lagers von dem Frequenzanalysator 23 erlangt, und als ein Bestimmungsmittel, das die Anwesenheit/Abwesenheit der Abnormität bestimmt. Das Folgende beschreibt ein Abnormitätsdiagnoseverfahren durch die NC-Einrichtung 20 basierend auf einem Ablaufdiagramm in 2.
Zuerst wird in S1 basierend auf der Antriebsinformation eine geeignete Diagnoseoperation für die Abnormitätsdiagnose der Zustellachse durchgeführt, und in S2 wird die Antriebsinformation in der Operation erlangt (ein Antriebsinformationserlangungsschritt). Die Antriebsinformation kann in der NC-Einrichtung 20 aufgezeichnet werden oder beispielsweise durch Entnehmen aus der NC-Einrichtung 20 in ein Oszilloskop aufgezeichnet werden.
Hierbei gibt die geeignete Diagnosebedingung für die Abnormitätsdiagnose der Zustellachse 1 basierend auf der Antriebsinformation in der Achsenoperation in S1 eine Operation über gleich oder mehr als einer Bewegungsstrecke, die eine zum Durchführen der Frequenzanalyse erforderliche Abtastperiode sicherstellt, an. Die Frequenzanalyse wird in einer Frequenzcharakteristik eines Antriebssystems der Zustellachse 1, die die Diagnose durchführt, bei einer Zustellgeschwindigkeit durchgeführt, die so festgelegt ist, dass die Schwingungsfrequenz des Lagers in einem Frequenzband ist, dessen Verstärkungscharakteristik gleich oder größer als ein bestimmter Wert ist. Beispielsweise wird in der Zustellachse 1, deren Kugelumlaufspindel 2 eine Gewindesteigung von 10 mm hat, ein Koeffizient der Frequenz eines Innenringschadens bezüglich der Drehfrequenz 10 ist und das Frequenzband, dessen Verstärkungscharakteristik gleich oder größer als der bestimmte Wert wird, 30 bis 200 Hz ist, die Diagnoseoperation so festgelegt, dass die Schwingungsfrequenz des Lagers 100 Hz wird. In diesem Fall wird die Drehfrequenz 10 Hz und die Zustellgeschwindigkeit wird 6000 mm/min. Wenn die FFC für die Frequenzanalyse eingesetzt wird und eine Frequenzauflösung von ungefähr 1 Hz erforderlich ist, ist ein Abtasten von 1024 Punkten erforderlich wenn die Abtastperiode, um eine Antriebsinformation zu erlangen, 1 ms ist. Ferner ist unter denselben Bedingungen in einem Fall, in dem eine Beschleunigungsperiode und eine Verlangsamungsperiode 0,1 s einnehmen, 1,224 s als eine Operationsperiode erforderlich, was bedeutet, dass eine Bewegungsstrecke von gleich oder mehr als 122,4 mm erforderlich ist.
Als nächstes wird in S3 die Frequenzanalyse der erlangten Antriebsinformation (hierbei wird als ein Beispiel ein Drehmomentanweisungswert erlangt) durch die FFT durchgeführt (ein Frequenzanalyseschritt) und in S4 wird der Spitzenwert der Lagerschadensfrequenz in dem Frequenzanalyseergebnis erlangt (ein Schadensfrequenzerlangungsschritt).
Dann wird in S5 eine Bestimmung getätigt, ob sich die Schwingungsfrequenz des Lagers und die Schwingungsfrequenz, während ein Wälzelement durch die Mutter 4 der Kugelumlaufspindel 2 durchgeht, überlagern oder nicht. Hierbei wird in S6, wenn sich die Schwingungsfrequenz des Lagers und die Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter 4 überlagern, ein Schwellwert, bei dem sich die Schwingungsfrequenz des Lagers und die Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter 4 überlagern, festgelegt. Andererseits wird in S7, wenn sich die Schwingungsfrequenz des Lagers und die Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter 4 nicht überlagern, ein Schwellwert für das Lager allein festgelegt. Alle dieser Schwellwerte werden in dem Fall, in dem sich die Schwingungsfrequenz des Lagers und die Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter 4 überlagern, und in dem Fall, in dem sich die Schwingungsfrequenz des Lagers und die Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter 4 nicht überlagern, festgelegt. Diese Festlegungen werden beispielsweise durch ein vorangehendes Berechnen des Spitzenwertes der Lagerschadensfrequenz in der Werkzeugmaschine in einem normalen Zustand, wie etwa bei einem Zustellen getätigt (in dem Fall der Überlagerung wird ein Schwellwert festgelegt, der diese Schwingungsfrequenzen vermeidet).
Dann wird unter Verwendung des in S6 oder S7 bestimmten Schwellwerts in S8 bestimmt, ob der Spitzenwert der Lagerschadensfrequenz den Schwellwert überschreitet oder nicht. Wenn die Lagerschadensfrequenz den Schwellwert überschreitet, wird eine Bestimmung, dass der Lagerschaden auftritt, in S9 getätigt. Andererseits wird, wenn die Lagerschadensfrequenz gleich oder geringer als der Schwellwert ist, in S10 eine Bestimmung getätigt (ein Bestimmungsschritt), dass das Lager in einem normalen Zustand ist. Das Bestimmungsergebnis wird auf dem Monitor angezeigt.
Hier wird das Bestimmungsverfahren, ob sich die Schwingungsfrequenz des Lagers und die Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter 4 überlagern oder nicht, beschrieben.
Wie oben beschrieben wird, da die tatsächlich erzeugte Schwingungsfrequenz niedriger als die in der theoretischen Formel ist, das Schwingungsfrequenzband, in dem das Wälzelement durch die Mutter 4 der Kugelumlaufspindel 2 durchgeht, festgelegt. Wenn die Schwingungsfrequenz des Lagers in einem Bereich des Schwingungsfrequenzbands ist, in dem das Wälzelement durch die Mutter 4 der Kugelumlaufspindel 2 durchgeht, wird bestimmt, dass sich die Schwingungsfrequenz des Lagers und die Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter 4 überlagern.
Das Schwingungsfrequenzband, in dem das Wälzelement durch die Mutter 4 der Kugelumlaufspindel 2 geht, wird beispielsweise wie folgend festgelegt. Die mit den oben beschriebenen Formeln (4) und (5) berechneten Werte werden als obere Grenzwerte der Frequenz der Schwingung auf der Seite der Mutter 4 festgelegt, und die mit den Formeln (8) und (9) berechneten Werte werden als untere Grenzwerte der Frequenz der Schwingung auf der Seite der Mutter 4 festgelegt, wobei das Schwingungsfrequenzband, bei dem das Wälzelement durch die Mutter 4 durchgeht, festgelegt wird. Die Anzahl von Subtraktionswälzelementen der Anzahl von Wälzelementen pro Gewindesteigung ist in vielen Fällen eins bis zwei.
[Berechnungen 3]
Anzahl von Wälzelementen pro Gewindesteigung von Kugelumlaufspindel: $Z_{b}_{s}^{'} = \frac{π \cdot D_{b s}}{d_{b s} \cdot c o s β_{b s}} - z$
Schwingung während Wälzelement durch Mutter von Kugelumlaufspindel durchgeht: $f_{b e}_{n u t}^{'} = \frac{Z_{b s} \cdot f_{r}}{2} (1 + \frac{d_{b s}}{D_{b s}} cos α_{b s} \cdot cos β_{b s})$

Z:: Anzahl von Subtraktionswälzelementen von einer Anzahl von Wälzelementen pro Gewindesteigung

Hierbei wird als ein Beispiel das Schwingungsfrequenzband, in dem das Wälzelement durch die Mutter 4 durchgeht, in Anbetracht der Anzahl von Subtraktionswälzelementen von der Anzahl von Wälzelementen pro Gewindesteigung festgelegt, kann aber auch durch die theoretische Formel durch Multiplizieren des Koeffizienten festgelegt werden.
Somit wird, gemäß dem Abnormitätsdiagnoseverfahren in der Einrichtung in der oben beschriebenen Konfiguration, bestimmt, ob sich die Schwingungsfrequenz des Lagers und die Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter 4 überlagern oder nicht, bevor der erlangte Spitzenwert der Lagerschadensfrequenz mit dem Schwellwert verglichen wird. Der Vergleich wird durch Festlegen der jeweiligen Schwellwerte, die in dem Fall der Überlagerung und dem Fall keiner Überlagerung unterschiedlich sind, durchgeführt. Somit ist das Risiko, dass die Schwingung der Kugelumlaufspindel 2 in dem normalen Zustand als die Schwingung des Lagers fehldiagnostiziert wird, selbst in der Konfiguration der Zustellachse 1, bei der die Schwingungsfrequenz des Lagers nahe der Schwingungsfrequenz der Kugelumlaufspindel 2 ist, verringert, wenn die Abnormitätsdiagnose unter Verwendung der Antriebsinformation durchgeführt wird. Dementsprechend kann die Beschädigung des Lagers in geeigneter Weise erfasst werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung in der Werkzeugmaschine ausgebildet, die Abnormitätsdiagnose durchzuführen. Jedoch kann die Abnormitätsdiagnose so durchgeführt werden, dass die Frequenzcharakteristik der Zustellachse und die Schadensfrequenz in einer externen Einrichtung, wie etwa einem externen PC, gespeichert werden. In einem solchen Fall wird die Antriebsinformation während der Achsenoperation durch eine Leitung oder drahtlos zu der externen Einrichtung übertragen und die Frequenzanalyse wird in der externen Einrichtung durchgeführt. Das heißt, dass die Abnormitätsdiagnoseeinrichtung und das -verfahren der Erfindung die Werkzeugmaschine, die die Zustellachse als das Diagnoseziel hat, und die externe Einrichtung einschließend durchgeführt werden. Somit gibt es, wenn die Abnormitätsdiagnose durch Bilden der Abnormitätsdiagnoseeinrichtung unter Verwendung der externen Einrichtung durchgeführt wird, Vorteile, dass die Abnormitätsdiagnosen für eine Mehrzahl von Werkzeugmaschinen gleichzeitig durchgeführt werden kann und auch Diagnosedaten zentral kontrolliert werden können.
Dann ist die Erfindung, nicht auf die Werkzeugmaschine beschränkt, auf Maschinen anwendbar, sofern Sie die Zustellachse enthalten.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der Erfindung, der in dem ersten Aspekt der Erfindung enthalten ist, wird die Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter in dem Bestimmungsschritt als ein Band festgelegt und die jeweiligen Schwellwerte, die, während die Schwingungsfrequenz des Lagers in dem Band der Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter ist und während die Schwingungsfrequenz des Lagers außerhalb des Bands ist, unterschiedlich sind, werden festgelegt.
Entsprechend einem dritten Aspekt der Erfindung diagnostiziert eine Abnormitätsdiagnoseeinrichtung eine Abnormität einer Zustellachse in einer Maschine, die die Zustellachse aufweist. Die Zustellachse bewegt über eine Kugelumlaufspindel, die durch einen Antriebsmotor rotiert wird, einen beweglichen Körper. Die Einrichtung enthält ein Antriebsinformationserlangungsmittel, das die Zustellachse veranlasst, eine Achsenoperation bei einer vorbestimmten Diagnosebedingung durchzuführen, um eine Antriebsinformation entsprechend einer Steuerung des Antriebsmotors zu erlangen, ein Frequenzanalysemittel, das eine Frequenzanalyse der erlangten Antriebsinformation durchführt, ein Schadensfrequenzerlangungsmittel, das eine Schadensfrequenz, die erzeugt wird während die Zustellachse, dessen Lager beschädigt ist, die Achsenoperation durchführt, aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse erlangt, und ein Bestimmungsmittel, das die erlangte Schadensfrequenz mit einem vorbestimmten Schwellwert vergleicht, um eine Anwesenheit/Abwesenheit einer Abnormität zu bestimmen. In dem Bestimmungsmittel wird, bevor die Schadensfrequenz mit dem Schwellwert verglichen wird, eine Bestimmung, ob sich eine Schwingungsfrequenz des Lagers und eine Schwingungsfrequenz, die erzeugt wird während ein Wälzelement durch eine Mutter der Kugelumlaufspindel durchgeht, überlagern oder nicht, durchgeführt, und dieser Vergleich wird durch Festlegen der jeweiligen Schwellwerte, die in einem Fall des Überlagerns und einem Fall keines Überlagerns unterschiedlich sind, durchgeführt.
Entsprechend der Erfindung wird die Bestimmung, ob sich die Schwingungsfrequenz des Lagers und die Schwingungsfrequenz, die erzeugt wird während das Wälzelement durch die Mutter der Kugelumlaufspindel durchgeht, überlagern, nicht durchgeführt bevor die erlangte Schadensfrequenz mit dem Schwellwert verglichen ist. Dann wird der Vergleich durch Festlegen von jeweiligen Schwellwerten, die in dem Fall eines Überlagerns und dem Fall keines Überlagerns unterschiedlich sind, durchgeführt. Somit wird in einem Fall, in dem die Abnormitätsdiagnose unter Verwendung der Antriebsinformation durchgeführt wird, selbst bei der Konfiguration der Zustellachse, bei der die Schwingungsfrequenz des Lagers nahe der Schwingungsfrequenz der Kugelumlaufspindel ist, die Möglichkeit verringert, dass die Schwingung der Kugelumlaufspindel in dem Normalzustand als die Schwingung des Lagers fehldiagnostiziert wird. Dementsprechend kann die Beschädigung des Lagers in geeigneter Weise erfasst werden.
Es wird explizit festgestellt, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale dazu gedacht sind, separat und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zweck eines Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammenstellung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen offenbart zu sein. Es wird explizit festgestellt, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zweck eines Einschränkens der beanspruchten Erfindung jeden möglichen Zwischenwert oder Zwischeneinheit, insbesondere als Grenzen von Wertebereichen, offenbaren.

1:

24

Abnormitätsdiagnoseeinheit

21

Zustellachsensteuerungseinrichtung

22

Speichereinheit

23

Frequenzanalysator
Positionsanweisung

12

Positionssteuerungseinrichtung

14

Geschwindigkeitssteuerungseinrichtung

15

Stromsteuerungseinrichtung
2:

S1

Diagnoseoperation durchführen

S2

Antriebsinformation erlangen

S3

Frequenzanalyse durchführen

S4

Spitzenwert von Lagerschadensfrequenz erlangt

S5

Überlagern sich Schwingungsfrequenz von Lager mit Schwingungsfrequenz während Wälzelement durch Mutter von Kugelumlaufspindel durchgeht?

S6

Schwellwert festlegen wenn sich Schwingungsfrequenz von Lager und Schwingungsfrequenz, während Wälzelement durch Mutter von Kugelumlaufspindel durchgeht, überlagern

S7

Schwellwert für Lager alleine festlegen

S8

Spitzenwert von Lagerschadensfrequenz > Schwellwert?

S9

als Lagerschaden bestimmen

S10

als normal bestimmen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4112594 [0004]
JP 2009068950 A [0004]

Claims

Abnormitätsdiagnoseverfahren zum Diagnostizieren einer Abnormität einer Zustellachse (1) in einer Maschine, die die Zustellachse (1) aufweist, wobei die Zustellachse (1) über eine Kugelumlaufspindel (2), die durch einen Antriebsmotor (3) rotiert wird, einen beweglichen Körper (5) bewegt, wobei das Verfahren ausführt: einen Antriebsinformationserlangungsschritt eines Veranlassens der Zustellachse (1) eine Achsenoperation bei einer vorbestimmten Diagnosebedingung durchzuführen, um eine Antriebsinformation entsprechend einer Steuerung des Antriebsmotors (3) zu erlangen; einen Frequenzanalyseschritt eines Durchführens einer Frequenzanalyse der erlangten Antriebsinformation; einen Schadensfrequenzerlangungsschritt eines Erlangens einer Schadensfrequenz, die erzeugt wird während die Zustellachse (1), deren Lager beschädigt ist, die Achsenoperation durchführt, aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse; und einen Bestimmungsschritt eines Vergleichens der erlangten Schadensfrequenz mit einem vorbestimmten Schwellwert, um eine Anwesenheit/Abwesenheit einer Abnormität zu bestimmen, wobei in dem Bestimmungsschritt eine Bestimmung, ob sich eine Schwingungsfrequenz des Lagers und eine Schwingungsfrequenz, die erzeugt wird während ein Wälzelement durch eine Mutter (4) der Kugelumlaufspindel (2) durchgeht, überlagern oder nicht, durchgeführt wird bevor die Schadensfrequenz mit dem Schwellwert verglichen wird, und der Vergleich durch Festlegen der jeweiligen Schwellwerte, die in einem Fall der Überlagerung und einem Fall keiner Überlagerung unterschiedlich sind, durchgeführt wird.
Abnormitätsdiagnoseverfahren für die Zustellachse (1) gemäß Anspruch 1, wobei in dem Bestimmungsschritt die Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter (4) als ein Band festgelegt wird, und die jeweiligen Schwellwerte, die unterschiedlich sind während die Schwingungsfrequenz des Lagers in dem Band der Schwingungsfrequenz auf der Seite der Mutter (4) ist und während die Schwingungsfrequenz des Lagers außerhalb des Bands ist, festgelegt werden.
Abnormitätsdiagnoseeinrichtung zum Diagnostizieren einer Abnormität einer Zustellachse (1) in einer Maschine, die eine Zustellachse (1) aufweist, wobei die Zustellachse (1) über eine Kugelumlaufspindel (2), die durch einen Antriebsmotor (3) rotiert wird, einen beweglichen Körper (5) bewegt, wobei die Einrichtung aufweist: eine Antriebsinformationserlangungseinheit, die die Zustellachse (1) veranlasst, eine Achsenoperation bei einer vorbestimmten Diagnosebedingung durchzuführen, um eine Antriebsinformation entsprechend einer Steuerung des Antriebsmotors (3) zu erlangen; eine Frequenzanalyseeinheit, die eine Frequenzanalyse der erlangten Antriebsinformation durchführt; eine Schadensfrequenzerlangungseinheit, die eine Schadensfrequenz, die erzeugt wird während die Zustellachse (1), deren Lager beschädigt ist, die Achsenoperation durchführt, aus einem Ergebnis der Frequenzanalyse erlangt; und eine Bestimmungseinheit, die die erlangte Schadensfrequenz mit einem vorbestimmten Schwellwert vergleicht, um eine Anwesenheit/Abwesenheit einer Abnormität zu bestimmen, wobei eine Bestimmung in der Bestimmungseinheit, ob sich eine Schwingungsfrequenz des Lagers und eine Schwingungsfrequenz, die erzeugt wird während ein Wälzelement durch eine Mutter (4) der Kugelumlaufspindel (2) geht, überlagern oder nicht, ausgeführt wird, bevor die Schadensfrequenz mit einem Schwellwert verglichen wird, und der Vergleich durch Festlegen der jeweiligen Schwellwerte, die in einem Fall der Überlagerung und einem Fall von keiner Überlagerung unterschiedlich sind, durchgeführt wird.