JP6726645B2

JP6726645B2 - 送りねじ装置における送りねじの診断方法

Info

Publication number: JP6726645B2
Application number: JP2017136466A
Authority: JP
Inventors: 匠北郷
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2037-07-12
Also published as: JP2018025295A

Description

本発明は、送りねじの回転により移動体を移動させる送りねじ装置において、送りねじの状態を診断するための診断方法に関するものである。

従来、工作機械としては、送りねじの回転により、たとえばテーブル等の移動体を移動させ、特定の位置に位置決めする送りねじ装置を備えたものがある。このような送りねじ装置の送りねじでは、ナット部や送りねじを支持する軸受等が発熱して熱膨張することにより、移動体の位置決めに誤差が生じるという問題がある。そこで、そのような問題を解決すべく、たとえば特許文献１に記載されているように、送りねじに予張力を付与することで送りねじの熱膨張を抑え、結果として位置決めに係る誤差を抑制するという手法が広く採用されている。

そして、送りねじに予張力を付与する方法としては、送りねじの両端を夫々軸受で支持し、一方の軸受については固定する一方、他方の軸受については軸方向へ微動可能に設け、さらに当該他方の軸受において、送りねじの段部と送りねじに螺装した第１のナットとで軸受の内輪を挟持して軸圧予圧を与えるとともに、軸受ブラケットに螺装した第２のナットを締めて軸受の外輪を第１のナット側へ押すことにより、送りねじに予張力を付与するという方法がある。他にも、軸受ブラケット取付部に調整カラーを挟む等、種々の方法がある。

実開平４−９２７４３号公報

上述のようにして送りねじに予張力を付与したとしても、長期にわたる使用により軸受が摩耗したり、ナットやボルトが緩んだりすることによって、予張力が初期状態よりも低下し、位置決めに係る誤差が悪化することがある。しかしながら、現在では送りねじの予張力を監視していないため、予張力が低下した異常状態にあることを、予張力の低下に起因する誤差の悪化がワークの精度不良として現れるまで気づくことができないという問題がある。また、ワークの精度不良が発生すると、作業者は精度不良が発生した状況をもとに原因を推定し、精度検査を実施したり、部品の状態を分解して調査したりすることになるが、熱変位による影響等は調査に時間がかかるという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、送りねじの予張力を監視することにより、精度不良が発生しかねない異常状態にあることを早期且つ簡易に発見することができる送りねじ装置における送りねじの診断方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、モータと、前記モータの駆動に応じて回転する予張力が付与された送りねじと、前記送りねじの回転に応じてねじ送りされる移動体とを備えているとともに、前記モータの回転位置を第１位置情報として検出する第１位置検出器と、前記移動体のねじ送り方向での位置を第２位置情報として検出する第２位置検出器と、入力される位置指令値、前記第１位置情報、及び前記第２位置情報にもとづいて前記送りねじの予張力に係る状態を診断する診断部とを備えた送りねじ装置における送りねじの診断方法であって、前記移動体を、所定のストローク距離にわたり所定の態様でストローク動作させる第１工程と、前記ストローク動作中における２箇所の検出位置において、前記第１位置情報と前記第２位置情報との差を夫々算出するとともに、両前記検出位置における前記第１位置情報と前記第２位置情報との差と、両前記検出位置間の距離とから前記差の傾きを算出する第２工程と、前記差の傾きと所定の基準値とを比較し、前記差の傾きが前記基準値から所定の閾値を超えて変化していると、前記送りねじの予張力の低下が異常な状態にあると診断する第３工程とを実行することを特徴とする。

本発明によれば、移動体を、所定のストローク距離にわたり所定の態様でストローク動作させる第１工程と、ストローク動作中における２箇所の検出位置において、第１位置情報と第２位置情報との差を夫々算出するとともに、両検出位置における第１位置情報と第２位置情報との差と、両検出位置間の距離とから差の傾きを算出する第２工程と、差の傾きと所定の基準値とを比較し、差の傾きが基準値から所定の閾値を超えて変化していると、送りねじの予張力の低下が異常な状態にあると診断する第３工程とを実行する。このようにして送りねじの予張力を監視するため、精度不良が発生しかねない異常状態にあることを早期且つ簡易に発見することができ、ひいては加工不良のワークの出にくい生産性の高い加工を実現することができる。

送りねじ装置のブロック構成図である。送りねじ装置において所定のストローク動作させた際における所定のストローク位置における第１位置情報と第２位置情報との差をグラフ化した説明図である。

以下、本発明の一実施形態となる送りねじ装置における送りねじの診断方法について、図面にもとづき詳細に説明する。

図１は、送りねじ装置のブロック構成図である。
送りねじ装置は、サーボモータ７と、サーボモータ７の駆動によって回転する送りねじ８と、送りねじ８の回転によってねじ送りされる移動体（たとえばテーブル）９とを備えてなる。また、サーボモータ７には、サーボモータ７の回転位置（以下、第１位置情報と称す）を検出するための第１位置検出器６が取り付けられている。さらに、送りねじ８と平行にスケール１０が配設されており、当該スケール１０には、移動体９のねじ送り方向での位置（以下、第２位置情報と称す）を検出するための第２位置検出器１１が、スケール１０に沿って移動体９の移動に連動してスライド可能に取り付けられている。

そして、上記送りねじ装置では、図示しないＮＣ装置から入力される位置指令値から第２位置検出器１１からフィードバックされる第２位置情報を減算器１で減算することにより、位置偏差を算出する。また、その位置偏差にもとづいて位置制御部２で速度指令値を算出する。さらに、速度指令値と、第１位置検出器６からフィードバックされる第１位置情報を微分器５で微分して求められるサーボモータ７の回転速度とにもとづいて、速度制御部３でモータトルク指令値を算出する。それから、このモータトルク指令値を電流制御部４において増幅した上で、サーボモータ７へ出力するようになっている。

ここで、本発明の要部となる送りねじ装置における送りねじ８の状態診断について説明する。
送りねじ装置には、送りねじ８の状態（特に、送りねじ８に付与されている予張力の状態）を診断するための診断部１３が設けられている。診断部１３には、ＮＣ装置からの位置指令値が入力されるようになっているとともに、減算器１２で算出される第１位置情報と第２位置情報との差が入力されるようになっている。そして、診断部１３は、位置指令値及び差をもとに送りねじ８の状態を診断することになる。

また、診断の前提として、本発明に係る送りねじ装置において、所定のストローク動作させた際における所定のストローク位置における第１位置情報と第２位置情報との差をグラフ化すると、図２に示すようなものが得られたとする。まず、第１位置情報と第２位置情報との差は、送りねじのたわみや送りねじのリードの誤差等の影響を受ける。また、ストローク動作させる際の両端近辺では加減速の影響を受けて、第１位置情報と第２位置情報との差はスパイク状に現れる。そして、一般的な送りねじを考えると、予張力が付与されることを考慮して、リードは短めに作製されている。以上を鑑み、本実施例の送りねじは、予張力を付与していない状態では、ストロークのマイナス端を基準とすると、ストロークのプラス方向へむかうにつれて上記差が負の方向へ変化するような送りねじ、すなわち図２に示すような送りねじとする。なお、送りねじに予張力を付与すると送りねじは引っ張られるため、リードの誤差は正の方向へ変化する。

そして、診断について具体的に説明すると、診断部１３では、所定のストローク動作における第１位置情報と第２位置情報との差の傾きＳｌを用いて行う。すなわち、ストロークのマイナス端における第１位置情報と第２位置情報との差をＥｍとし、ストロークのプラス端における第１位置情報と第２位置情報との差をＥｐとし、ストローク距離（マイナス端からプラス端までの距離）をＬｆとすると、上記Ｓｌは下式（１）で算出することができる。

また、診断を行うにあたっては、送りねじ８に正常な予張力が付与されている状態での所定のストローク動作における第１位置情報と第２位置情報との差の傾き（基準値）Ｓｌ（ｓ）を予め測定しておき、診断部１３に記憶させておく。それから、送りねじ装置の状態を診断したい所望のタイミング（定期的であってもよいし、不定期であってもよい）において、同様のストローク動作を実行し、その際の第１位置情報と第２位置情報との差の傾きＳｌ（ｅ）を算出する。そして、今回算出したＳｌ（ｅ）が予め記憶しているＳｌ（ｓ）から所定の閾値を超えて低下していると、送りねじ８の予張力が低下した異常状態にあると判断し、たとえばＮＣ装置のモニター等で異常状態にある旨を通知する。なお、送りねじ８の熱変形の影響を避けるため、上述したような測定・診断は、送りねじ装置を停止させてから一定時間以上静止させた状態か、当該状態から所定の態様で所定時間にわたり連続運転した直後を基準状態とし、その基準状態において実施することが望ましい。

以上のような送りねじ装置における送りねじの診断方法によれば、移動体９を、所定のストローク距離にわたり所定の態様でストローク動作させる第１工程と、ストローク動作中におけるストロークのマイナス端とプラス端とにおいて第１位置情報と第２位置情報との差Ｅｍ、Ｅｐを夫々算出するとともに、式（１）を用いてその差の傾きＳｌ（ｅ）を算出する第２工程と、今回算出した差の傾きＳｌ（ｅ）と予め記憶している基準値Ｓｌ（ｓ）とを比較し、今回算出した差の傾きＳｌ（ｅ）が基準値Ｓｌ（ｓ）から所定の閾値を超えて低下していると、送りねじ８の予張力の低下が異常な状態にあると診断する第３工程とを実行する。このようにして送りねじ８の予張力を監視するため、精度不良が発生しかねない異常状態にあることを早期且つ簡易に発見することができ、ひいては加工不良のワークの出にくい生産性の高い加工を実現することができる。

なお、本発明に係る送りねじ装置における送りねじの診断方法は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、送りねじ装置の全体的な構成は勿論、診断に係る具体的な制御等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態では、ストローク動作におけるストロークのマイナス端とプラス端とで第１位置情報や第２位置情報を検出し、その差を求め、さらに傾きを算出するとしているが、マイナス端やプラス端以外の２箇所で位置情報を夫々検出し、上述したような差や傾き等を算出するようにしても何ら問題はない。
また、位置情報の差を算出するにあたって基準とする位置をどの位置とするか、どちらの方向をプラスとするか等により、当然ながらプラスマイナスは適宜変わってくる。したがって、上記実施形態では、差の傾きと基準値との比較に際して、基準値からの所定の閾値を超えた低下をもって異常であると判断しているが、基準値からの所定の閾値を超えた上昇をもって異常であると判断してもよい。

６・・第１位置検出器、７・・サーボモータ、８・・送りねじ、９・・移動体、１１・・第２位置検出器、１３・・診断部。

Claims

モータと、前記モータの駆動に応じて回転する予張力が付与された送りねじと、前記送りねじの回転に応じてねじ送りされる移動体とを備えているとともに、前記モータの回転位置を第１位置情報として検出する第１位置検出器と、前記移動体のねじ送り方向での位置を第２位置情報として検出する第２位置検出器と、入力される位置指令値、前記第１位置情報、及び前記第２位置情報にもとづいて前記送りねじの予張力に係る状態を診断する診断部とを備えた送りねじ装置における送りねじの診断方法であって、
前記移動体を、所定のストローク距離にわたり所定の態様でストローク動作させる第１工程と、
前記ストローク動作中における２箇所の検出位置において、前記第１位置情報と前記第２位置情報との差を夫々算出するとともに、両前記検出位置における前記第１位置情報と前記第２位置情報との差と、両前記検出位置間の距離とから前記差の傾きを算出する第２工程と、
前記差の傾きと所定の基準値とを比較し、前記差の傾きが前記基準値から所定の閾値を超えて変化していると、前記送りねじの予張力の低下が異常な状態にあると診断する第３工程と
を実行することを特徴とする送りねじ装置における送りねじの診断方法。