JP6154358B2 - 回転テーブルを備えた工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転テーブルを備えた工作機械に関する。

一般的に動きを伴う機械においては、その動きを止めるためにブレーキを備える必要がある。工作機械においても同様であり、工作機械の回転テーブルにおいては、サーボモータで位置決めした位置に停止させ、その位置で強固に保持するためにブレーキを備えている。このようなブレーキにおいては、ブレーキディスクを備えて、そのブレーキディスクへの圧接等によってブレーキ動作を行うことが一般的である。

このような構造のブレーキにおいては、ブレーキの稼動を重ねるうちに、ブレーキ保持時の加工負荷等により加わる外乱トルクによりブレーキディスクに磨耗を生じることとなる。ブレーキディスクの磨耗が進むと、ブレーキを効果的に利かせることが困難となってくるため、ブレーキディスクには、磨耗度合いによる寿命が存在する。

ブレーキを備えた機械の例としては、以下の特許文献に挙げられるような技術が開示されている。
特許文献１には、回転テーブルのブレーキディスクにおいて、クランプ及びアンクランプを行うためにブレーキディスクを用いたブレーキ構造を備える技術が開示されている。
特許文献２には、機械としてエレベータを用い、巻上機のブレーキの作動回数を運行実績データとして用いて、巻上機のブレーキの作動回数の合計値があらかじめ定められた所定値と比較して、所定値を超えた場合にその旨が保守点検者に伝えられるという技術が開示されている。

特許文献３には、車両用のブレーキにおいて、ブレーキペダルが踏まれた回数を計測して、ブレーキ素子のライニングが所定量磨耗したことを検知して、その旨表示器に表示させる技術が開示されている。
特許文献４には、車速と減速度とブレーキ操作回数とに基づいて、ブレーキ操作回数が所定回数以上に達したことによりブレーキパッドの寿命を推定する技術が開示されている。

特開２０１２−２０２４８４号公報 特開２００４−５１２６６号公報 特開２００２−３０３３４４号公報 特開平５−２８１０９７号公報

特許文献１に開示されている技術は、回転テーブルにおけるブレーキディスクについて開示されているが、ブレーキディスクの寿命の推定については考慮されていない。
特許文献２〜４に開示されている技術は、ブレーキの動作回数を計測して、ブレーキの寿命を推定している。しかしながら、ブレーキは操作によってブレーキディスクの保持の動作状態に強弱等があるため、単に回数を計測するだけでブレーキの寿命を推定すると、実際の寿命との間に乖離が生じるおそれがあった。

特許文献４に開示されている技術は、ブレーキの操作回数に加えて、車速や減速度も考慮しているが、車速が所定速度以上で所定回数のブレーキ操作が行われた場合や、減速度が所定値以上でブレーキ操作が行われた場合にブレーキパッドの寿命データを短く補正しているのみであるため、車速や減速度が大きく変動する場合などには正確にブレーキの寿命を推定することが困難になるおそれがあった。

そこで本発明は、これらの課題を鑑み、ブレーキディスクの予測した寿命と実際の寿命との乖離を少なくして、より正確なブレーキディスクの事前保守を可能とし、加工ミスを防止可能とすることができる工作機械を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明では、ワークを載置して所定の位置に割り出した後、ブレーキによって前記割り出した位置を保持する回転テーブルを備えた工作機械において、前記ブレーキによって前記回転テーブルの位置を保持している時に、前記ブレーキに加わる外乱トルクを算出する外乱トルク算出手段と、外乱トルクの大きさに対応する第１の係数を記憶した第１係数記憶手段と、係数累積手段と、報知手段と、を備え、前記係数累積手段は、前記ブレーキに外乱トルクが加わった際に、前記外乱トルク算出手段によって外乱トルクの値を算出し、該算出された外乱トルクの値と前記第１係数記憶手段から外乱トルクに対応する第１の係数を求めて累積計算し、前記報知手段は、前記係数累積手段の累積計算値が予め設定した値に達した際に、ブレーキ交換が必要であることを報知する、ことを特徴とする回転テーブルを備えた工作機械が提供される。

請求項１に係る発明では、ブレーキに外乱トルクが加わった際に、加わった外乱トルクの値を算出し、外乱トルクの値から第１の係数を求めて累積加算してブレーキ交換が必要であることを報知するようにしているため、単にブレーキ回数をカウントするのではなく、ブレーキ保持時に加わる外乱トルクの値を加味してブレーキ交換を判断するため、より正確なブレーキの寿命推定を行うことが可能となる。

本願の請求項２に係る発明では、ワークを載置して所定の位置に割り出した後、ブレーキによって前記割り出した位置を保持する回転テーブルを備えた工作機械において、ワークに応じた前記回転テーブルのイナーシャを予め記憶したイナーシャ記憶手段と、イナーシャの大きさに対応する第２の係数を記憶した第２係数記憶手段と、係数累積手段と、報知手段と、を備え、前記係数累積手段は、前記ブレーキに外乱トルクが加わった際に、前記記憶したイナーシャと前記第２係数記憶手段からイナーシャに対応する第２の係数を求めて累積計算し、前記報知手段は、前記係数累積手段の累積計算値が予め設定した値に達した際に、ブレーキ交換が必要であることを報知する、ことを特徴とする回転テーブルを備えた工作機械が提供される。

請求項２に係る発明では、ブレーキに外乱トルクが加わった際に、イナーシャに対応する第２の係数を求めて累積加算してブレーキ交換が必要であることを報知するようにしているため、単にブレーキ回数をカウントするのではなく、イナーシャの値を加味してブレーキ交換を判断するため、より正確なブレーキの寿命推定を行うことが可能となる。

本願の請求項３に係る発明では、ワークを載置して所定の位置に割り出した後、ブレーキによって前記割り出した位置を保持する回転テーブルを備えた工作機械において、前記ブレーキによって前記回転テーブルの位置を保持している時に、前記ブレーキに加わる外乱トルクを算出する外乱トルク算出手段と、ワークに応じた前記回転テーブルのイナーシャを予め記憶したイナーシャ記憶手段と、外乱トルクの大きさに対応する第１の係数を記憶した第１係数記憶手段と、イナーシャの大きさに対応する第２の係数を記憶した第２係数記憶手段と、係数累積手段と、報知手段と、を備え、前記係数累積手段は、前記ブレーキに外乱トルクが加わった際に、前記外乱トルク算出手段によって外乱トルクの値を算出し、該算出された外乱トルクの値と前記第１係数記憶手段から外乱トルクに対応する第１の係数を求め、前記記憶したイナーシャと前記第２係数記憶手段からイナーシャに対応する第２の係数を求め、前記第１の係数および前記第２の係数を累積計算し、前記報知手段は、前記係数累積手段の累積計算値が予め設定した値に達した際に、ブレーキ交換が必要であることを報知する、ことを特徴とする回転テーブルを備えた工作機械が提供される。

請求項３に係る発明では、ブレーキに外乱トルクが加わった際に、加わった外乱トルクの値を算出し、外乱トルクの値から第１の係数と、イナーシャに対応する第２の係数を求めて累積加算してブレーキ交換が必要であることを報知するようにしているため、単にブレーキ回数をカウントするのではなく、外乱トルクの値やイナーシャの値を加味してブレーキ交換を判断するため、より正確なブレーキの寿命推定を行うことが可能となる。

本発明により、ブレーキディスクの予測した寿命と実際の寿命との乖離を少なくして、より正確なブレーキディスクの事前保守を可能とし、加工ミスを防止可能とすることができる工作機械を提供することができる。

ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルをその中心線を通る面で切断した断面を見た図である。 第１の実施形態における動作の流れを示すフローチャートである。 第１の実施形態における外乱トルクの大きさに対応する係数の一例を示す図である。 第２の実施形態における動作の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態におけるワークのイナーシャＩの大きさに対応する係数の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、ダイレクトドライブ構造を持つ回転テーブルをその中心線を通る面で切断した断面を見た図である。シャフト２ａの図面右側の端面に図示しない回転テーブルがボルトなどによって取り付けられている。また、回転テーブルを用いることなく、シャフト２ａの図面右側の端面に直接ワークを取り付ける場合もある。回転テーブルのシャフト２ａは、ハウジング１ｂを介してケース１ａ内に主軸受３ａ、及び支持軸受３ｂを介して、回転自在に支承されている。シャフト２ａは複数の部材をボルトなどによって連結した構造をなしている。モータのステータ４ｂ、ブレーキのシリンダ７ｂ、センサヘッド５ｂ、リッド（蓋）８はケース１ａに固定され、ロータ４ａ、センサギア（位置検出器）５ａ、ブレーキディスク６は何れも図示しない回転テーブルと一体的に回転可能な様にボルトなどの固定手段を用いてシャフト２ａに固定される。そして、これらのロータ４ａとステータ４ｂにより、図示しない回転テーブルを直接的に駆動して回転するモータが構成される。シャフト２ａが回転するとそれに伴ってセンサギア５ａが回転する。センサギア５ａの回転をセンサヘッド５ｂにより検出し、その回転量に相当するパルス信号を図示しない工作機械の制御装置などに送り出す。

ピストン７ａは、シール部材７ｃ〜７ｅを介して、シリンダ７ｂ内に前進及び後退可能なストロークを備えて設置され、クランプ側へピストン７ａが移動する方向へ複数のコイルバネ７ｈによって付勢されると共に、圧縮空気によって移動可能なように、リッド８とピストン７ａとシリンダ７ｂ間に前進用空気室７ｆと後退用空気室７ｇが設けられている。

アンクランプ状態（クランプ解除状態）では、図１に示されていない電磁弁によって後退用空気室７ｇへ圧縮空気が送出され、ピストン７ａはコイルバネ７ｈの伸張力に抗して後退端へ移動した状態となっている。
クランプ状態では、前記電磁弁によって、後退用空気室７ｇから排気すると同時に前進用空気室７ｆへ圧縮空気が送出され、ピストン７ａが前進して、リッド（蓋）８上の摩擦面８ａとの間でブレーキディスク６が挟持される。ブレーキディスク６として後述する６ａ，６ｂ，あるいは，６ｃを使用する。

（第１の実施形態）
このような回転テーブルにおけるブレーキディスクの寿命の判定方法について以下に説明する。図２は、本実施形態における動作の流れを示すフローチャートである。以下ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＡ１）ブレーキクランプ指令が入力されているかどうかを判定する。入力されている場合（ＹＥＳ）はステップＳＡ２に進み、入力されていない場合（ＮＯ）はステップＳＡ１を繰り返して、指令が入力されるのを待つ。
・（ステップＳＡ２）ブレーキによって回転テーブルの位置を保持しているときに、外乱トルクが加わったかどうかを判定する。外乱トルクが加わった場合（ＹＥＳ）はステップＳＡ３に進み、加わっていない場合（ＮＯ）はステップＳＡ１に戻る。
・（ステップＳＡ３）加わった外乱トルクの大きさに対応する係数Ｋ１を読み出す。

・（ステップＳＡ４）累積係数ＮにＫ１の値を加える。
・（ステップＳＡ５）累積係数Ｎが、交換タイミングとしてあらかじめ設定されたＮｃｈの値より大きくなったかどうかを判定する。大きくなった場合（ＹＥＳ）はステップＳＡ６に進み、大きくない場合（ＮＯ）はステップＳＡ１に戻る。
・（ステップＳＡ６）ブレーキディスクの交換タイミングであることを表示する。

ここで、外乱トルクの大きさに対応する係数の一例としては、図３に示されたようなものがある。図３においては、外乱トルクの大きさに応じて、外乱トルク小のときに１．０、中のときに２．０、大のときに３．０と設定されている。このように、外乱トルクの大きさに応じて係数の値を変更し、外乱トルクの値が大きくなるほど大きな係数となるように設定することによって、大きな外乱トルクが加わるほどより早く交換タイミングに到達することを反映させることが可能となる。

（第２の実施形態）
図４は、本実施形態における動作の流れを示すフローチャートである。以下ステップ毎に説明する。
・（ステップＳＢ１）ワークのイナーシャＩを設定する。
・（ステップＳＢ２）ワークのイナーシャＩに対応する係数Ｋ２を読み出す。
・（ステップＳＢ３）ブレーキクランプ指令が入力されているかどうかを判定する。入力されている場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ４に進み、入力されていない場合（ＮＯ）はステップＳＢ３を繰り返して、指令が入力されるのを待つ。

・（ステップＳＢ４）ブレーキによって回転テーブルの位置を保持しているときに、外乱トルクが加わったかどうかを判定する。外乱トルクが加わった場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ５に進み、加わっていない場合（ＮＯ）はステップＳＢ３に戻る。
・（ステップＳＢ５）累積係数ＮにＫ２の値を加える。
・（ステップＳＢ６）累積係数Ｎが、交換タイミングとしてあらかじめ設定されたＮｃｈの値より大きくなったかどうかを判定する。大きくなった場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ７に進み、大きくない場合（ＮＯ）はステップＳＢ３に戻る。
・（ステップＳＢ７）ブレーキディスクの交換タイミングであることを表示する。

ここで、ワークのイナーシャＩの大きさに対応する係数の一例としては、図５に示されたようなものがある。図５においては、ワークのイナーシャＩの大きさに応じて、ワークのイナーシャ小のときに０．５、中のときに１．０、大のときに２．０と設定されている。このように、ワークのイナーシャＩの大きさに応じて係数の値を変更し、ワークのイナーシャＩの値が大きくなるほど大きな係数となるように設定することによって、ワークのイナーシャＩが大きくなるほどより早く交換タイミングに到達することを反映させることが可能となる。

なお、第１の実施形態においては、外乱トルクの大きさによる係数を累積加算することによるブレーキディスク交換タイミングの判定を行い、第２の実施形態においては、ワークのイナーシャの大きさによる係数を累積加算することによるブレーキディスク交換タイミングの判定を行っているが、これらの両方を加味して、両者の係数をいずれも加算して、所定の交換タイミングの値と比較することによって、ブレーキディスクの交換タイミングを判定するようにするようにしてもよい。この場合は、両者を加味することによって、より正確にブレーキディスクの寿命予想及び事前保守を行うことが可能となる。

また、実施形態においては、外乱トルクやワークのイナーシャの大きさによる係数を累積加算しているが、係数の設定方法を変更して、係数を累積乗算するなど他の計算方法によって累積計算することも可能である。さらに、実施形態においては、累積係数が所定値に達したときの、ブレーキ交換時期の報知を表示することによって行っているが、警告音を鳴らしたり、ランプを点灯させたりといった他の手段によって報知を行ってもよい。

１ａ ケース
１ｂ ハウジング
２ａ シャフト
３ａ 主軸受
３ｂ 支持軸受
４ａ ロータ
４ｂ ステータ
５ａ センサギア
５ｂ センサヘッド
６，６ａ，６ｂ，６ｃ ブレーキディスク
７ａ ピストン
７ｂ シリンダ
７ｃ，７ｄ，７ｅ シール部材
７ｆ 前進用空気室
７ｇ 後退用空気室
８ リッド（蓋）
８ａ 摩擦面
９ ボルト

Claims (3)

1. ワークを載置して所定の位置に割り出した後、ブレーキによって前記割り出した位置を保持する回転テーブルを備えた工作機械において、
   前記ブレーキによって前記回転テーブルの位置を保持している時に、前記ブレーキに加わる外乱トルクを算出する外乱トルク算出手段と、
   外乱トルクの大きさに対応する第１の係数を記憶した第１係数記憶手段と、
   係数累積手段と、
   報知手段と、を備え、
   前記係数累積手段は、
   前記ブレーキに外乱トルクが加わった際に、前記外乱トルク算出手段によって外乱トルクの値を算出し、該算出された外乱トルクの値と前記第１係数記憶手段から外乱トルクに対応する第１の係数を求めて累積計算し、
   前記報知手段は、
   前記係数累積手段の累積計算値が予め設定した値に達した際に、ブレーキ交換が必要であることを報知する、
   ことを特徴とする回転テーブルを備えた工作機械。
2. ワークを載置して所定の位置に割り出した後、ブレーキによって前記割り出した位置を保持する回転テーブルを備えた工作機械において、
   ワークに応じた前記回転テーブルのイナーシャを予め記憶したイナーシャ記憶手段と、
   イナーシャの大きさに対応する第２の係数を記憶した第２係数記憶手段と、
   係数累積手段と、
   報知手段と、を備え、
   前記係数累積手段は、
   前記ブレーキに外乱トルクが加わった際に、前記記憶したイナーシャと前記第２係数記憶手段からイナーシャに対応する第２の係数を求めて累積計算し、
   前記報知手段は、
   前記係数累積手段の累積計算値が予め設定した値に達した際に、ブレーキ交換が必要であることを報知する、
   ことを特徴とする回転テーブルを備えた工作機械。
3. ワークを載置して所定の位置に割り出した後、ブレーキによって前記割り出した位置を保持する回転テーブルを備えた工作機械において、
   前記ブレーキによって前記回転テーブルの位置を保持している時に、前記ブレーキに加わる外乱トルクを算出する外乱トルク算出手段と、
   ワークに応じた前記回転テーブルのイナーシャを予め記憶したイナーシャ記憶手段と、
   外乱トルクの大きさに対応する第１の係数を記憶した第１係数記憶手段と、
   イナーシャの大きさに対応する第２の係数を記憶した第２係数記憶手段と、
   係数累積手段と、
   報知手段と、を備え、
   前記係数累積手段は、
   前記ブレーキに外乱トルクが加わった際に、前記外乱トルク算出手段によって外乱トルクの値を算出し、該算出された外乱トルクの値と前記第１係数記憶手段から外乱トルクに対応する第１の係数を求め、前記記憶したイナーシャと前記第２係数記憶手段からイナーシャに対応する第２の係数を求め、前記第１の係数および前記第２の係数を累積計算し、
   前記報知手段は、
   前記係数累積手段の累積計算値が予め設定した値に達した際に、ブレーキ交換が必要であることを報知する、
   ことを特徴とする回転テーブルを備えた工作機械。