JP3939934B2 - 工作機械における主軸点検方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械における主軸の点検方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ等の工作機械の主軸は、近年の高速回転化に伴い、特に転がり軸受の耐久期間が短くなる傾向にある。そこで従来、主軸をカートリッジ式にして、短時間に修理・交換できるようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、主軸の修理・交換の時期を判断することが困難であった。このため、軸受の焼き付きなど主軸に重大な問題が生じるまで運転を続けた結果、機械を稼働できなくなったり、逆に、早い時期に修理・交換を行い、コストが高くなってしまうなどの問題点があった。
そこで本発明は上記の問題点に鑑み、軸受の異常や寿命を事前に検知して、主軸の修理・交換時期を的確に判断できる方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
主軸の温度上昇値は図５に例示するように、主に主軸回転のパターンにより変化する。主軸の寿命を判断する上では、ある一定間隔で逐次記録された膨大なデータを見るよりも、例えば図中Ａ点、Ｂ点に現れるようなピーク値、つまり温度が上昇傾向から降下傾向に移行する時刻における温度上昇値を見る方が容易であり的確でもある。この場合、図中Ｃ部を拡大して示すＤ点、Ｅ点のような変動幅の小さなノイズはピーク値から排除した方が、データ量を少なくできる点で好ましい。
そこで、請求項１の発明による主軸点検方法は、工作機械において、主軸軸受の温度及び基準温度を計測する段階と、計測温度から主軸軸受の温度上昇値を演算する段階と、温度上昇値の第一ピーク値を検出する段階と、第一ピーク値の検出に伴ってタイマーを作動させる段階と、タイマー作動中に検出された第二ピーク値と第一ピーク値とを比較する段階と、第二ピーク値が第一ピーク値を超える場合には当該第二ピーク値を第一ピーク値としてタイマーをリセットする一方、タイマーの作動開始後、第一ピーク値を超える第二ピーク値が検出されないまま所定のピーク値選定時間が経過した場合には、第一ピーク値を実効ピーク値として選定する段階と、実効ピーク値とその発生時刻における工作機械の稼働データとを関連づけて記録する段階と、記録データを出力する段階とからなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明による主軸点検方法は、長期点検に際し利用しやすい記録データを作成するために、前記記録段階が、１日に設定数の実効ピーク値及び稼働データを実効ピーク値の高い順に並べて記録する処理を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明による主軸点検方法は、主軸の寿命を正確に判断できるように、前記稼働データが、実効ピーク値の発生日時，主軸回転数及び主軸モータ負荷を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明による主軸点検方法は、主軸の異常や寿命をより簡単に判断できるように、前記出力段階が、記録データを画面上に表示する処理を含むことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の主軸点検方法を立形マシニングセンタに実施した一形態について図面をもとに説明するが、横形マシニングセンタにも実施可能である。図１に示すように、立形マシニングセンタは、主軸１１，主軸ヘッド１２，コラム１３，テーブル１４，ベッド１５等から構成されている。主軸ヘッド１２の下端部には、主軸軸受の温度を計測する第１温度センサ２１ａが取り付けられ、温度変化が少ないベッド１５には、基準温度を計測する第２温度センサ２１ｂが取り付けられている。
【００１１】
温度測定装置２１は、予め設定された周期で第１温度センサ２１ａ及び第２温度センサ２１ｂから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して数値化する。温度上昇値演算装置２２は、数値化された軸受温度と基準温度との差より軸受の温度上昇値を演算し、演算結果を記録装置２５に出力する。ピーク値選定装置２３は、温度上昇値のピーク値を検出する機能と、実効ピーク値、つまり発生から一定時間経過してもそれより高い温度上昇値が現れないピーク値を選定する機能とを備え、ピーク値及び実効ピーク値を記録装置２５に出力する。ＮＣ装置２４はマシニングセンタ全体を数値制御し、ピーク値発生日時，主軸回転数，主軸モータ負荷等の稼働データを記録装置２５に出力する。記録装置２５は画面表示部（図示略）を有し、各装置から入力されたデータを一覧表示する。
【００１２】
上記構成のマシニングセンタにおいて、次に、主軸１１の点検方法を説明する。図２は軸受の焼き付き等の異常を短時間に検知する短期点検方法を示し、図３は主軸の寿命を長期間にわたり診断する長期点検方法を示す。これらの点検方法は工作機械の稼働中に並行して実施されるが、以下では分けて説明する。
【００１３】
主軸１１の短期点検に際しては、図２のフローチャートにおいて、Ｓ−１で主軸軸受の温度及びベッド１５の基準温度を計測し、Ｓ−２で、計測温度の２差値より主軸軸受の温度上昇値を演算する。Ｓ−３で、演算した温度上昇値とその発生日時，主軸回転数，主軸モータ負荷等の稼働データとを関連づけて記録し、Ｓ−４で記録データを画面上に出力して一覧表示したのち、Ｓ−５で主軸点検の継続判定を行い、Ｓ−１に戻る。なお、記録データは短時間（例えば１時間程度）保存され、その後は新たなデータに上書きされる。
【００１４】
この実施の形態の短期点検方法によれば、温度上昇値とその発生時刻における稼働データとを関連づけて記録し画面表示しているので、軸受の焼き付き等の異常を事前に検知することができる。
【００１５】
主軸１１の長期点検に際しては、図３のフローチャートにおいて、Ｓ−１で主軸軸受の温度及びベッド１５の基準温度を計測し、Ｓ−２で、計測温度から主軸軸受の温度上昇値を演算する。Ｓ−３でタイマーの動作を確認し、タイマーが動作していない場合は、Ｓ−４で、温度上昇値の変化傾向に基づいてピーク値を検出し、Ｓ−５で、ピーク値をその時刻におけるマシニングセンタの稼働データと関連させて一時的に記録し、Ｓ−６で、タイマーを作動してＳ−１に戻る。タイマーが動作している場合は、Ｓ−７で前回のピーク値と比較し、ピーク値を超えた場合はＳ−８でタイマーをリセットし、Ｓ−１に戻る。ピーク値を超えない場合は、Ｓ−９でタイマーを確認し、予め設定したピーク値選定時間（例えば１５分）を経過した場合に、Ｓ−１０で、ピーク値を実効ピーク値として選定し、Ｓ−１１で、これまでに収集した実効ピーク値を高い順に並べ替え、Ｓ−１２で、１日当たり設定数の実効ピーク値を稼働データと関連づけて記録し、Ｓ−１３で記録データを実効ピーク値の高い順に画面表示する（図４参照）。なお、記録データは１年間保存され、その後は新たなデータに上書きされる。そして、Ｓ−１４で主軸点検の継続判定を行い、Ｓ−１へ戻る。
【００１６】
この実施の形態の長期点検方法によれば、温度上昇値の実効ピーク値とその発生時刻における稼働データとを関連づけて長期間にわたり記録し画面表示することで、主軸１１の運転状況の推移を総合的に診断して、主軸１１の修理・交換時期を少ない記録容量で的確に判断することができる。
【００１７】
なお、本発明の方法は上記実施の形態に限定せず、以下に例示するように適宜変更可能である。
(1)温度上昇値を計測するにあたっては、基準温度として機体温度のみならず機械環境温度（室温）を選択してもよい。
(2)記録段階において、一日に収集した実効ピーク値のうち閾値を超えるすべての実効ピーク値とその個数を記録することとしてもよい。
(3)温度上昇値と関連づけて記録・表示する稼働データにあっては、実施形態で述べた項目に、潤滑油量や冷却水量等を加えてもよい。
(4)記録データの保存期間は任意に設定可能であるが、短期点検方法では３０分乃至１時間程度，長期点検方法では１ヶ月間乃至１年間程度とすれば、少ない記録容量で主軸の運転状況を的確に診断できる点で好ましい。
(5)記録データの出力方法は画面表示と印刷の併用でもよい。画面表示については、記録データを日付順にグラフ表示すれば、主軸の異常や交換時期を一見して判断できる点で好ましい。
(6)本発明の方法はマシニングセンタのみならず、旋盤，研削盤等各種の工作機械に実施可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、温度上昇値の実効ピーク値と稼働データを関連づけて記録するので、少ない記録容量で主軸の修理・交換時期を的確に判断することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、長期点検に際し利用しやすい記録データを作成することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、主軸の寿命を正確に判断することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、主軸の寿命や異常をより簡単に判断できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す立形マシニングセンタの概略図である。
【図２】図１の立形マシニングセンタにおける主軸の短期点検方法を示すフローチャート図である。
【図３】図１の立形マシニングセンタにおける主軸の長期点検方法を示すフローチャート図である。
【図４】図３の方法による記録データの画面表示を例示する説明図である。
【図５】工作機械の主軸回転速度とそれに伴う主軸軸受の温度変化を例示するグラフである。
【符号の説明】
１１・・主軸、１２・・主軸ヘッド、１３・・コラム、１４・・テーブル、１５・・ベッド、２１・・温度測定装置、２１ａ・・第１温度センサ、２１ｂ・・第２温度センサ、２２・・温度上昇値演算装置、２３・・ピーク値選定装置、２４・・ＮＣ装置、２５・・記録装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械における主軸の点検方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ等の工作機械の主軸は、近年の高速回転化に伴い、特に転がり軸受の耐久期間が短くなる傾向にある。そこで従来、主軸をカートリッジ式にして、短時間に修理・交換できるようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、主軸の修理・交換の時期を判断することが困難であった。このため、軸受の焼き付きなど主軸に重大な問題が生じるまで運転を続けた結果、機械を稼働できなくなったり、逆に、早い時期に修理・交換を行い、コストが高くなってしまうなどの問題点があった。
そこで本発明は上記の問題点に鑑み、軸受の異常や寿命を事前に検知して、主軸の修理・交換時期を的確に判断できる方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
主軸の温度上昇値は図５に例示するように、主に主軸回転のパターンにより変化する。主軸の寿命を判断する上では、ある一定間隔で逐次記録された膨大なデータを見るよりも、例えば図中Ａ点、Ｂ点に現れるようなピーク値、つまり温度が上昇傾向から降下傾向に移行する時刻における温度上昇値を見る方が容易であり的確でもある。この場合、図中Ｃ部を拡大して示すＤ点、Ｅ点のような変動幅の小さなノイズはピーク値から排除した方が、データ量を少なくできる点で好ましい。
そこで、請求項１の発明による主軸点検方法は、工作機械において、主軸軸受の温度及び基準温度を計測する段階と、計測温度から主軸軸受の温度上昇値を演算する段階と、温度上昇値の第一ピーク値を検出する段階と、第一ピーク値の検出に伴ってタイマーを作動させる段階と、タイマー作動中に検出された第二ピーク値と第一ピーク値とを比較する段階と、第二ピーク値が第一ピーク値を超える場合には当該第二ピーク値を第一ピーク値としてタイマーをリセットする一方、タイマーの作動開始後、第一ピーク値を超える第二ピーク値が検出されないまま所定のピーク値選定時間が経過した場合には、第一ピーク値を実効ピーク値として選定する段階と、実効ピーク値とその発生時刻における工作機械の稼働データとを関連づけて記録する段階と、記録データを出力する段階とからなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明による主軸点検方法は、長期点検に際し利用しやすい記録データを作成するために、前記記録段階が、１日に設定数の実効ピーク値及び稼働データを実効ピーク値の高い順に並べて記録する処理を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明による主軸点検方法は、主軸の寿命を正確に判断できるように、前記稼働データが、実効ピーク値の発生日時，主軸回転数及び主軸モータ負荷を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明による主軸点検方法は、主軸の異常や寿命をより簡単に判断できるように、前記出力段階が、記録データを画面上に表示する処理を含むことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の主軸点検方法を立形マシニングセンタに実施した一形態について図面をもとに説明するが、横形マシニングセンタにも実施可能である。図１に示すように、立形マシニングセンタは、主軸１１，主軸ヘッド１２，コラム１３，テーブル１４，ベッド１５等から構成されている。主軸ヘッド１２の下端部には、主軸軸受の温度を計測する第１温度センサ２１ａが取り付けられ、温度変化が少ないベッド１５には、基準温度を計測する第２温度センサ２１ｂが取り付けられている。
【００１１】
温度測定装置２１は、予め設定された周期で第１温度センサ２１ａ及び第２温度センサ２１ｂから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して数値化する。温度上昇値演算装置２２は、数値化された軸受温度と基準温度との差より軸受の温度上昇値を演算し、演算結果を記録装置２５に出力する。ピーク値選定装置２３は、温度上昇値のピーク値を検出する機能と、実効ピーク値、つまり発生から一定時間経過してもそれより高い温度上昇値が現れないピーク値を選定する機能とを備え、ピーク値及び実効ピーク値を記録装置２５に出力する。ＮＣ装置２４はマシニングセンタ全体を数値制御し、ピーク値発生日時，主軸回転数，主軸モータ負荷等の稼働データを記録装置２５に出力する。記録装置２５は画面表示部（図示略）を有し、各装置から入力されたデータを一覧表示する。
【００１２】
上記構成のマシニングセンタにおいて、次に、主軸１１の点検方法を説明する。図２は軸受の焼き付き等の異常を短時間に検知する短期点検方法を示し、図３は主軸の寿命を長期間にわたり診断する長期点検方法を示す。これらの点検方法は工作機械の稼働中に並行して実施されるが、以下では分けて説明する。
【００１３】
主軸１１の短期点検に際しては、図２のフローチャートにおいて、Ｓ−１で主軸軸受の温度及びベッド１５の基準温度を計測し、Ｓ−２で、計測温度の２差値より主軸軸受の温度上昇値を演算する。Ｓ−３で、演算した温度上昇値とその発生日時，主軸回転数，主軸モータ負荷等の稼働データとを関連づけて記録し、Ｓ−４で記録データを画面上に出力して一覧表示したのち、Ｓ−５で主軸点検の継続判定を行い、Ｓ−１に戻る。なお、記録データは短時間（例えば１時間程度）保存され、その後は新たなデータに上書きされる。
【００１４】
この実施の形態の短期点検方法によれば、温度上昇値とその発生時刻における稼働データとを関連づけて記録し画面表示しているので、軸受の焼き付き等の異常を事前に検知することができる。
【００１５】
主軸１１の長期点検に際しては、図３のフローチャートにおいて、Ｓ−１で主軸軸受の温度及びベッド１５の基準温度を計測し、Ｓ−２で、計測温度から主軸軸受の温度上昇値を演算する。Ｓ−３でタイマーの動作を確認し、タイマーが動作していない場合は、Ｓ−４で、温度上昇値の変化傾向に基づいてピーク値を検出し、Ｓ−５で、ピーク値をその時刻におけるマシニングセンタの稼働データと関連させて一時的に記録し、Ｓ−６で、タイマーを作動してＳ−１に戻る。タイマーが動作している場合は、Ｓ−７で前回のピーク値と比較し、ピーク値を超えた場合はＳ−８でタイマーをリセットし、Ｓ−１に戻る。ピーク値を超えない場合は、Ｓ−９でタイマーを確認し、予め設定したピーク値選定時間（例えば１５分）を経過した場合に、Ｓ−１０で、ピーク値を実効ピーク値として選定し、Ｓ−１１で、これまでに収集した実効ピーク値を高い順に並べ替え、Ｓ−１２で、１日当たり設定数の実効ピーク値を稼働データと関連づけて記録し、Ｓ−１３で記録データを実効ピーク値の高い順に画面表示する（図４参照）。なお、記録データは１年間保存され、その後は新たなデータに上書きされる。そして、Ｓ−１４で主軸点検の継続判定を行い、Ｓ−１へ戻る。
【００１６】
この実施の形態の長期点検方法によれば、温度上昇値の実効ピーク値とその発生時刻における稼働データとを関連づけて長期間にわたり記録し画面表示することで、主軸１１の運転状況の推移を総合的に診断して、主軸１１の修理・交換時期を少ない記録容量で的確に判断することができる。
【００１７】
なお、本発明の方法は上記実施の形態に限定せず、以下に例示するように適宜変更可能である。
(1)温度上昇値を計測するにあたっては、基準温度として機体温度のみならず機械環境温度（室温）を選択してもよい。
(2)記録段階において、一日に収集した実効ピーク値のうち閾値を超えるすべての実効ピーク値とその個数を記録することとしてもよい。
(3)温度上昇値と関連づけて記録・表示する稼働データにあっては、実施形態で述べた項目に、潤滑油量や冷却水量等を加えてもよい。
(4)記録データの保存期間は任意に設定可能であるが、短期点検方法では３０分乃至１時間程度，長期点検方法では１ヶ月間乃至１年間程度とすれば、少ない記録容量で主軸の運転状況を的確に診断できる点で好ましい。
(5)記録データの出力方法は画面表示と印刷の併用でもよい。画面表示については、記録データを日付順にグラフ表示すれば、主軸の異常や交換時期を一見して判断できる点で好ましい。
(6)本発明の方法はマシニングセンタのみならず、旋盤，研削盤等各種の工作機械に実施可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、温度上昇値の実効ピーク値と稼働データを関連づけて記録するので、少ない記録容量で主軸の修理・交換時期を的確に判断することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、長期点検に際し利用しやすい記録データを作成することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、主軸の寿命を正確に判断することができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、主軸の寿命や異常をより簡単に判断できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す立形マシニングセンタの概略図である。
【図２】図１の立形マシニングセンタにおける主軸の短期点検方法を示すフローチャート図である。
【図３】図１の立形マシニングセンタにおける主軸の長期点検方法を示すフローチャート図である。
【図４】図３の方法による記録データの画面表示を例示する説明図である。
【図５】工作機械の主軸回転速度とそれに伴う主軸軸受の温度変化を例示するグラフである。
【符号の説明】
１１・・主軸、１２・・主軸ヘッド、１３・・コラム、１４・・テーブル、１５・・ベッド、２１・・温度測定装置、２１ａ・・第１温度センサ、２１ｂ・・第２温度センサ、２２・・温度上昇値演算装置、２３・・ピーク値選定装置、２４・・ＮＣ装置、２５・・記録装置。
Claims (4)
- 工作機械において、主軸軸受の温度及び基準温度を計測する段階と、計測温度から主軸軸受の温度上昇値を演算する段階と、温度上昇値の第一ピーク値を検出する段階と、第一ピーク値の検出に伴ってタイマーを作動させる段階と、タイマー作動中に検出された第二ピーク値と第一ピーク値とを比較する段階と、第二ピーク値が第一ピーク値を超える場合には当該第二ピーク値を第一ピーク値としてタイマーをリセットする一方、タイマーの作動開始後、第一ピーク値を超える第二ピーク値が検出されないまま所定のピーク値選定時間が経過した場合には、第一ピーク値を実効ピーク値として選定する段階と、実効ピーク値とその発生時刻における工作機械の稼働データとを関連づけて記録する段階と、記録データを出力する段階とからなる主軸点検方法。
- 記録段階が、１日に設定数の実効ピーク値及び稼働データを実効ピーク値の高い順に並べて記録する処理を含む請求項１に記載の主軸点検方法。
- 稼働データが、実効ピーク値の発生日時、主軸回転数及び主軸モータ負荷を含む請求項１または２に記載の主軸点検方法。
- 出力段階が、記録データを画面上に表示する処理を含む請求項１乃至３のいずれかに記載の主軸点検方法。
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001157651A JP3939934B2 (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 工作機械における主軸点検方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP6538786B2 (ja) | 2017-09-07 | 2019-07-03 | ファナック株式会社 | 温度推定装置および温度推定方法 |
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- 2001-05-25 JP JP2001157651A patent/JP3939934B2/ja not_active Expired - Fee Related
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