JP2014172107A - 工作機械の異常診断装置及び異常診断方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】工作機械(1)の異常診断装置(40)は、主軸ベアリング(30)の変位量を検出する変位センサ(36)と、ラム(28)の加速度を検出する加速度センサ(38)と、変位センサにより検出された主軸ベアリングの変位量、又は、加速度センサにより検出されたラムの加速度の少なくとも何れかに基づき、ラム又は主軸(32)のワークへの衝突の有無を判定する衝突判定部(46)と、衝突判定部によりラム又は主軸のワークへの衝突が有ったと判定された場合に、主軸ベアリングの変位量、ラムの加速度、又は、このラムの加速度から得られた主軸の回転によるラムの振動の周波数特性の少なくとも何れかに基づき、主軸ベアリングの損傷程度を判定する損傷判定部(50)と、を有する。
【選択図】図3
Description
このように構成された本発明においては、衝突判定手段は、主軸系の衝突により変形する軸受の変位量や、主軸系の衝突により移動する支持構造体の加速度に基づき、主軸系のワークへの衝突の有無を判定するので、衝突の有無を直接的に判定することができる。また、損傷判定手段は、軸受の損傷程度に応じて変化する軸受の変位量、支持構造体の加速度、又は、支持構造体の振動の周波数特性に基づいて、軸受の損傷程度を判定するので、主軸系の衝突による軸受の損傷の程度を確実に把握することができる。特に、損傷判定手段が、軸受の変位量に基づいて軸受の損傷程度を判定することにより、軸受の損傷程度を直接的に判定することができる。また、損傷判定手段が、主軸の回転による支持構造体の振動の周波数特性に基づいて軸受の損傷程度を判定することにより、基底周波数やピーク値等の複数の側面から、軸受の損傷程度をより厳密に判定することができる。
このように構成された本発明においては、損傷判定手段は、支持構造体の損傷程度に応じて変化する支持構造体の加速度、又は、支持構造体の変形量に基づいて、支持構造体の損傷程度を判定するので、主軸系の衝突による支持構造体の損傷の程度を確実に把握することができる。特に、損傷判定手段が、支持構造体の変形量に基づいて支持構造体の損傷程度を判定することにより、支持構造体の損傷程度を直接的に判定することができる。
このように構成された本発明においては、支持構造体変形量推定部は、移動体が主軸系と衝突した場合の移動体の位置変化に基づき、支持構造体の変形量を推定するので、支持構造体の変形量を直接検出するセンサを用いることなく、支持構造体の変形量を確実に推定することができる。
まず、図1及び図2により、本発明の実施形態による異常診断装置が適用される工作機械について説明する。図1は、本発明の実施形態による異常診断装置が適用される工作機械の概略斜視図である。図2は、本発明の実施形態による異常診断装置が適用される工作機械の主軸部の部分拡大側面図である。
以下の説明では、ボールスクリュー6の長手軸線方向をX軸方向とし、水平面内においてX軸と直交する方向をY軸方向とし、鉛直方向をZ軸方向とする。
制御部18は、テーブル10の位置を指示する位置指令、テーブル10の位置を検出する位置検出器20から出力される位置フィードバック、及び、モータ16の回転速度を検出するパルスコーダ22から出力される速度フィードバックに基づき、モータ16を駆動して、テーブル10の移動速度や位置等を制御する。
また、主軸ベアリング30を介して主軸32を支持する支持構造体であるラム28の下端部には、ラム28の下端部の加速度を検出する加速度センサ38が取り付けられている。この加速度センサ38は、X軸、Y軸、及び、Z軸の3軸方向の加速度を検出可能な3軸加速度センサである。
作業者の操作ミス等により、テーブル10上のワーク12が主軸部24に衝突すると、その衝撃によりラム28や主軸32が変形し、主軸32の変形により主軸ベアリング30も変形する。この主軸ベアリング30の変位量を変位センサ36が検出し、ラム28の変形に伴う加速度を加速度センサ38が検出する。
異常診断部42は、変位センサ36により検出された主軸ベアリング30の変位データ、加速度センサ38により検出されたラム28の加速度データ、位置検出器20から出力される位置フィードバックデータ、パルスコーダ22から出力される速度フィードバックデータ、及び、制御部18から出力されるモータ電流値を記憶する記憶部44を備える。
また、異常診断部42は、記憶部44に記憶されている主軸ベアリング30の変位データやラム28の加速度データに基づき、主軸部24への衝突の有無を判定する衝突判定部46と、衝突によるラム28の変形量を推定するラム変形量推定部48と、記憶部44に記憶されている主軸ベアリング30の変位データやラム28の加速度データ等に基づき、主軸ベアリング30、ラム28、及びサドル26の損傷程度を判定する損傷判定部50とを備えている。
一方、ラム28の振動の周波数特性が、正常時の周波数特性と一致する場合、ステップS19に進み、損傷判定部50は、主軸ベアリング30が損傷を受けていないものと判定する。
図8に示すように、テーブル10の移動速度(即ちテーブル10の位置の時間変化の傾き)が変化した時点T0が衝突時である。ラム変形量推定部48は、位置フィードバックデータに基づき、衝突時におけるテーブル10の位置C0と、テーブル10の位置が変化しなくなった停止位置C1との距離を算出し、その距離を衝突時のラム28の先端の変位量Lとして推定する。
図9は、衝突時のラム28のサドル26からの突出量とLDmaxとの関係を示す線図である。この図9において、横軸はLDmaxを示し、縦軸はラム28のサドル26からの突出量を示す。
図9に示すように、ラム28のサドル26からの突出量が大きくなるほど、小さい変位でもラム28とサドル26が損傷しやすくなるので、LDmaxが小さくなっている。
また、衝突方向がX軸方向の場合、他の衝突方向と比較して小さい変位でもラム28とサドル26が損傷しやすいので、他の衝突方向と比較してLDmaxが最も小さくなっている。これに対し、衝突方向がZ軸方向の場合、他の衝突方向と比較して大きい変位でもラム28とサドル26が損傷しにくいので、他の衝突方向と比較してLDmaxが最も大きくなっている。衝突方向がY軸方向の場合、LDmaxは、衝突方向がX軸方向の場合とZ軸方向の場合との中間の大きさとなっている。
即ち、衝突判定部46は、主軸系への衝突により変形する主軸ベアリング30の変位量や、主軸系への衝突により移動するラム28の加速度に基づき、主軸系のワーク12への衝突の有無を判定するので、衝突の有無を直接的に判定することができる。また、損傷判定部50は、主軸ベアリング30の損傷程度に応じて変化する主軸ベアリング30の変位量、ラム28の加速度、又は、ラム28の振動の周波数特性に基づいて、主軸ベアリング30の損傷程度を判定するので、主軸系の衝突による主軸ベアリング30の損傷の程度を確実に把握することができる。特に、損傷判定部50が、主軸ベアリング30の変位量に基づいて主軸ベアリング30の損傷程度を判定することにより、主軸ベアリング30の損傷程度を直接的に判定することができる。また、損傷判定部50が、主軸32の回転によるラム28の振動の周波数特性に基づいて主軸ベアリング30の損傷程度を判定することにより、基底周波数やピーク値等の複数の側面から、主軸ベアリング30の損傷程度をより厳密に判定することができる。
即ち、損傷判定部50は、ラム28とサドル26の損傷程度に応じて変化するラム28の加速度、又は、ラム28の変形量に基づいてラム28とサドル26の損傷程度を判定するので、主軸系の衝突によるラム28とサドル26の損傷の程度を確実に把握することができる。特に、損傷判定部50が、ラム28の変形量に基づいてラム28とサドル26の損傷程度を判定することにより、ラム28とサドル26の損傷程度を直接的に判定することができる。
2 ベッド
4 ブラケット
6 ボールスクリュー
8 ナット
10 テーブル
12 ワーク
14 減速ギヤ
16 モータ
18 制御部
20 位置検出器
22 パルスコーダ
24 主軸部
26 サドル
28 ラム
30 主軸ベアリング
32 主軸
34 工具
36 変位センサ
38 加速度センサ
40 異常診断装置
42 異常診断部
44 記憶部
46 衝突判定部
48 ラム変形量推定部
50 損傷判定部
Claims (4)
- ワークを加工する工具が主軸に取り付けられ、この主軸が軸受により支持され、この軸受が支持構造体により支持される工作機械の異常診断装置において、
上記軸受の変位量を検出する軸受変位量検出手段と、
上記支持構造体の加速度を検出する加速度検出手段と、
上記軸受変位量検出手段により検出された上記軸受の変位量、又は、上記加速度検出手段により検出された上記支持構造体の加速度の少なくとも何れかに基づき、上記支持構造体又は上記主軸のワークへの衝突の有無を判定する衝突判定手段と、
上記衝突判定手段により上記支持構造体又は上記主軸のワークへの衝突が有ったと判定された場合に、上記軸受の変位量、上記支持構造体の加速度、又は、この支持構造体の加速度から得られた上記主軸の回転による上記支持構造体の振動の周波数特性の少なくとも何れかに基づき、上記軸受の損傷程度を判定する損傷判定手段と、
を有することを特徴とする工作機械の異常診断装置。 - 上記支持構造体の変形量を推定する支持構造体変形量推定手段を有し、
上記損傷判定手段は、上記衝突判定手段により上記支持構造体又は上記主軸への衝突が有ったと判定された場合に、上記加速度検出手段により検出された上記支持構造体の加速度、又は、上記支持構造体変形量推定手段により推定された上記支持構造体の変形量の少なくとも何れかに基づき、上記支持構造体の損傷程度を判定する、請求項1に記載の工作機械の異常診断装置。 - 上記工作機械は、上記主軸の軸線方向と直交する方向に移動する移動体と、この移動体の位置を検出する位置検出手段と、を有し、
上記支持構造体変形量推定手段は、上記位置検出手段により検出された上記移動体の位置変化に基づき、上記支持構造体の変形量を推定する、請求項2に記載の工作機械の異常診断装置。 - ワークを加工する工具が主軸に取り付けられ、この主軸が軸受により支持され、この軸受が支持構造体により支持される工作機械の異常診断方法において、
上記軸受の変位量を検出するステップと、
上記支持構造体の加速度を検出するステップと、
上記検出された上記軸受の変位量、又は、上記支持構造体の加速度の少なくとも何れかに基づき、上記支持構造体又は上記主軸のワークへの衝突の有無を判定するステップと、
上記支持構造体又は上記主軸のワークへの衝突が有ったと判定された場合に、上記検出された上記軸受の変位量、若しくは、上記支持構造体の加速度、又は、この支持構造体の加速度から得られた上記主軸の回転による上記支持構造体の振動の周波数特性の少なくとも何れかに基づき、上記軸受の損傷程度を判定するステップと、
を有することを特徴とする工作機械の異常診断方法。
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