JPH06315851A - 主軸ユニットの始動運転制御方法及びその装置 - Google Patents

主軸ユニットの始動運転制御方法及びその装置

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JPH06315851A
JPH06315851A JP10434493A JP10434493A JPH06315851A JP H06315851 A JPH06315851 A JP H06315851A JP 10434493 A JP10434493 A JP 10434493A JP 10434493 A JP10434493 A JP 10434493A JP H06315851 A JPH06315851 A JP H06315851A
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bearing
acceleration
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Toshiaki Kubota
利昭 久保田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、始動運転無しで主軸を高速回転さ
せる結果生じるベアリングの損傷を未然に防止すること
ことを目的とする。 【構成】 主軸ユニットの主軸を回転自在に支持するベ
アリングの近傍における温度に応じて主軸の回転速度の
加速パターンを可変にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マシニングセンタ等に
おける主軸ユニットの始動運転制御方法及びその装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、マシニングセンタでは、加工時
間の短縮のため、主軸の回転数の高速化をはじめとし
て、切削送り速度の高速化、工具交換の高速化等と、各
機能の向上が図られている。
【0003】マシニングセンタの運転を行なう時、毎日
の始業時には、機械及び主軸を支持するベアリングが冷
えた状態にあるので、運転開始から一定時間は、主軸を
無負荷で回転させ、潤滑油を主軸に送ったり、ベアリン
グを暖めるという主軸の始動運転を行なうことが要求さ
れている。
【0004】従来、主軸の始動運転を行なうための主軸
ユニットの運転制御装置として、例えば図5に示すもの
が知られている。図において、符号101は主軸ユニッ
トで、主軸102を有し、この主軸102は、ベアリン
グ103,103に回転自在に支持されている。
【0005】104はNC装置で、このNC装置104
に、外部からの主軸回転数指令を受けて主軸モータの回
転数を制御する主軸モータ制御装置105が接続され、
主軸モータ制御装置105の指令により主軸モータ10
6が駆動され、この主軸モータ106により主軸102
が回転し、被加工物を機械加工するようになっている。
【0006】そして、NC装置104内の制御回路のメ
モリに始動運転用として、図6に示す加速パターンのプ
ログラムが記憶され、作業者が、このプログラムを選択
して起動させて運転を開始するという操作により、主軸
ユニット101の始動運転が行なわれていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の主軸
ユニット101の始動運転の制御では、主軸102の回
転速度の加速パターンがNC装置104の始動運転プロ
グラムによって固定され、従って、主軸102の回転の
加速待ち時間,加速度が固定されている。また、主軸1
02の回転数を変化させるタイミングを時間経過でしか
判断管理できないので、工作機械の温度変化に適応した
主軸102の回転数制御は不可能であった。また、主軸
102の加速時間は、定格トルクで加速した場合、主軸
モータ106及び主軸102のイナーシャによって決定
されるため、従来はマシニングセンタの状態(温度)に
従って加速時間を可変にする制御装置がなかった。
【0008】かかる状況下、作業開始時に作業者が、始
動運転のプログラムを選択しないで、加工用のプログラ
ムを実行した場合には、始動運転無しで主軸ユニット1
01の運転が開始されることになる。始動運転無しに主
軸102を高速回転させると、ベアリング103,10
3内部に急激な温度上昇を招き、また、一方では主軸1
02の温度変化は緩やかなため、ベアリング103が膨
張することにより焼き付きを起こし、ベアリング103
及び主軸102を損傷する虞がある。
【0009】かかる始動運転の選択が作業者に任されて
いるため、始動運転無しでのマシニングセンタの運転開
始を防止する有効な手段がなかった。本発明は、上述の
問題点を解決するためになされたもので、その目的は、
始動運転無しで主軸を高速回転させる結果生じるベアリ
ングの損傷を未然に防止することができる主軸ユニット
の始動運転制御方法及びその装置を提供することであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
主軸ユニットの主軸を回転自在に支持するベアリングの
近傍における温度に応じて主軸の回転速度の加速パター
ンを可変にすることを特徴とする。
【0011】請求項2記載の発明は、主軸モータにより
主軸ユニットの主軸の回転加速度を、NC装置の加速パ
ターンにより変化させて、主軸ユニット内に設けられた
ベアリングを暖める主軸ユニットの運転制御装置におい
て、ベアリング近傍の温度を検出する温度計測回路と、
温度計測回路からの温度信号に応じて主軸の加速パター
ンを決定する演算を行ない、その演算結果をNC装置に
送る主軸加速パターン切換回路とを備えていることを特
徴とする。
【0012】
【作用】請求項1記載の発明においては、ベアリング近
傍の温度に応じて主軸の回転速度の加速パターンを可変
にするので、例えば、温度によって、主軸の加速度を可
変にしたり、主軸の速度変更のタイミングが決められ
る。
【0013】請求項2記載の発明においては、温度計測
回路により、ベアリング近傍の温度が検出され、この温
度信号は主軸加速パターン切換回路に送られる。主軸加
速パターン切換回路では、温度計測回路からの温度信号
に応じて主軸の加速パターンを決定する演算を行ない、
その演算結果がNC装置に送られる。
【0014】NC装置は、主軸の回転速度を上記加速ハ
ターンに基づいて加速させ、所要回転数まで上昇させ
る。
【0015】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明する。図1において、符号1は主軸ユニットで、主軸
2を有し、この主軸2は、ベアリング3,3に回転自在
に支持されている。
【0016】符号4は温度計測回路で、主軸2とベアリ
ング3自体の温度を検出するようになっている。主軸2
とベアリング3の両方を測定するのは、温度が違うと熱
膨張の度合いが異なるためである。この場合、熱電対を
用いて温度を測定し、主軸2とベアリング3の温度差か
ら主軸2とベアリング3の熱膨張の違いを推定し、主軸
2の焼き付き防止を行なう。また、主軸2の温度を基準
としてベアリング3の温度を測定するので、外気の温度
に依存しない制御が行われる。
【0017】5は温度安定度演算回路で、温度計測回路
4からのデータを蓄積する温度データバッファ6と、主
軸2及びベアリング3,3の温度上昇差を計算する温度
上昇計算回路7と、主軸2及びベアリング3,3の温度
が安定しているか否かを判断し、始動運転が必要か否か
を判断する温度安定度判定回路8と、主軸加速パターン
切換回路10に対して始動運転時の主軸回転速度の増速
のタイミング指示またはNC装置11の主軸回転指令を
主軸モータ制御装置12に直結させるための主軸加速パ
ターン切換回路10にパイパス指示(主軸2及びベアリ
ング3,3の許容誤差,単位時間当たりの温度上昇率及
び温度変化のうねり状態が許容値以下になっている時、
温度が安定していると判断する。)を出力する主軸加速
タイミング指示回路9とから構成されている。
【0018】主軸加速パターン切換回路10は、温度安
定度演算回路5とNC装置11の指令を受け、始動運転
時の主軸2の加速度を演算し、その演算結果をNC装置
11にフィードバックするもので、このNC装置11に
主軸モータ制御装置(外部からの主軸回転数指令を受
け、主軸モータ13の回転数を制御する装置)12が接
続され、主軸モータ制御装置12の指令により主軸モー
タ13が駆動され、この主軸モータ13により主軸2が
回転し、被加工物を機械加工するようになっている。
【0019】なお、NC装置11は、機械加工用のプロ
グラム内で指令されている主軸2の回転指令を主軸加速
パターン切換回路10へ出力する制御を受け、主軸加速
パターンは、主軸加速パターン切換回路10で制御され
るための特別な始動運転用プログラムは必要なしとな
る。
【0020】上記の主軸加速パターン切換回路10は、
温度安定度演算回路5からの指示によりNC装置11へ
のフィードバック情報を切り換える始動運転判定回路1
4と、始動運転判定回路14からの始動運転実行指令に
より主軸2の加速度の大きさを切り換える主軸加速決定
回路15と、始動運転判定回路14に従って始動運転中
ならば、現在の主軸2の回転数に主軸加速決定回路15
にて決定された速度を加算し、NC装置11に指示を出
すとともに、始動運転が必要でないならば、NC装置1
1からの指令値をそのままNC装置11へフィードバッ
クする主軸速度指令回路16とから構成されている。
【0021】しかして、本実施例においては、温度計測
回路4により、ベアリング近傍の温度が検出され、この
温度信号は温度安定度演算回路5に送られ、温度安定度
演算回路5は、ベアリング3,3の温度が、許容温度内
か急激な温度上昇が発生していないか温度のうねりがな
いかを調べて安定しているか否かを判断し、主軸2とベ
アリング3,3の温度が始動運転途中の主軸回転数の基
準内に安定すると、主軸加速パターン切換回路10に命
令を出力し、主軸加速パターン切換回路10では、図
2,図3,図4に示すような主軸2の加速パターンを決
定する演算を行ない、その演算結果がNC装置11に送
られる。なお、図2,図3,図4において、Xは速度変
更のタイミング点を示し、図2において、Aは温度上昇
時間を、Bは定常温度時間を示している。
【0022】図2,図3,図4の加速パターンは、縦軸
に主軸回転数,温度を取り、従来例の加速パターンにお
ける一定の長さの加速待ち時間に対して、主軸2の速度
変更のタイミング(X点)が温度状態によって制御さ
れ、従って、加速待ち時間の長さが結果的に変更され、
また、主軸加速度の勾配を急にしている。例えば、温度
状態によって図2,図3,図4の如き加速パターンが得
られる。
【0023】図2のように、主軸2の回転数を変化させ
ると、ベアリング近傍の温度は、温度が指数関数的に上
昇する時間Aを経て、現在の回転数における定常状態に
落ち着いた時間Bに安定する。よって、領域Bに温度が
入った事を検出することにより、主軸2の回転数を増速
させると、最短の時間で始動運転を行なうことができ
る。主軸2の回転数変化後、温度が領域Bに速く入れ
ば、速度変更のタイミングX点は速くなるまた、図3に
おいては、図2に比して加速待ち時間が少ないので、そ
れだけ、主軸2の速度変更のタイミング(X点)が速く
なる。
【0024】そして、図4のように、温度のうねり,上
昇勾配が安定しなければ、主軸2の保護(焼き付き防
止)のため、速度変更のタイミングX点は遅くなるま
た、主軸2の回転数を変化させた時の温度上昇が小さい
場合は、次の主軸回転数を大きくすることにより加速度
勾配を急にでき、始動運転の短縮に繋げることができ
る。
【0025】また、ベアリング3の近傍温度と主軸2を
比較することにより、夏場,冬場等外気温度に影響され
ないで始動運転を実現している。NC装置11は、主軸
加速パターン切換回路10の演算結果を受け、その演算
結果を主軸モータ制御装置12に出力し、主軸モータ制
御装置12は、NC装置11の指令に従って主軸モータ
13を作動させる。
【0026】そして、始動運転が終了し、マシニングセ
ンタの温度状態が定常状態に達した後、温度安定度演算
回路5のNC装置11の主軸回転指令を主軸モータ制御
装置12に直結させる主軸加速パターン切換回路10の
バイパス指令により、温度安定度演算回路5からの指令
値をNC装置11に直接にフィードバックする。これに
より、マシニングセンタが定常状態では、所定の加速が
可能になる。
【0027】以上の如き構成によれば、始動運転のパタ
ーンを可変にでき、例えば、主軸2の加速度を可変にで
き、主軸2の速度変更のタイミングを温度によって決め
ることができる。
【0028】そして、主軸2のベアリング近傍の温度を
監視しながら温度の変化を検出して主軸2の加速パター
ンを可変にし、主軸2の始動運転を行なうので、NC装
置11によるプログラムの選定作業という人間の操作に
依存せず、マシニングセンタの温度状態に合わせた始動
運転の自動化を図ることができる。
【0029】この結果、始動運転無しで主軸2を高速回
転させる結果生じるベアリング3,3の損傷を未然に防
止でき、主軸2の保護が可能になり、主軸2の寿命を伸
ばすことができる。
【0030】また、加速待ち時間が主軸2とベアリング
近傍の温度状態により決定されるので、夏場のように外
気が高い場合,冬場のように外気が低い度合いに関係な
く無駄な待ち時間を発生させることを防止できる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、温度状態により加速パターンの要素の1つで
ある加速待ち時間が決定されるので、例えば、夏場,冬
場のような外気温度に無関係に、無駄な待ち時間を発生
させることを防止できる請求項2記載の発明によれば、
主軸のベアリング近傍の温度を監視しながら温度の変化
を検出して主軸の加速パターンを可変にし、主軸の始動
運転を行なうので、人間の操作に依存せず、マシニング
センタの温度状態に合わせた始動運転の自動化を図るこ
とができる。
【0032】これにより、始動運転無しで主軸を高速回
転させる結果生じるベアリングの損傷を未然に防止で
き、主軸の保護が可能になり、主軸の寿命を伸ばすこと
ができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わる主軸ユニットの始動運
転制御装置を示す構成図である。
【図2】同始動運転制御装置による効果の説明図であ
る。
【図3】同始動運転制御装置による効果の説明図であ
る。
【図4】同始動運転制御装置による効果の説明図であ
る。
【図5】従来における主軸ユニットの運転制御装置を示
す構成図である。
【図6】同主軸ユニットの運転制御装置による効果の説
明図である。
【符号の説明】
1 主軸ユニット 2 主軸 4 温度計測回路 10 主軸加速パターン切換回路 11 NC装置 12 主軸モータ制御装置 13 主軸モータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主軸ユニットの主軸を回転自在に支持す
    るベアリングの近傍における温度に応じて主軸の回転速
    度の加速パターンを可変にすることを特徴とする主軸の
    始動運転制御方法。
  2. 【請求項2】 主軸モータにより主軸ユニットの主軸の
    回転加速度を、NC装置の加速パターンにより変化させ
    て、主軸ユニット内に設けられたベアリングを暖める主
    軸ユニットの運転制御装置において、 ベアリング近傍の温度を検出する温度計測回路と、 温度計測回路からの温度信号に応じて主軸の加速パター
    ンを決定する演算を行ない、その演算結果をNC装置に
    送る主軸加速パターン切換回路とを備えていることを特
    徴とする主軸の始動運転制御装置。
JP5104344A 1993-04-30 1993-04-30 主軸ユニットの始動運転制御方法及びその装置 Expired - Lifetime JP2601131B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112828678A (zh) * 2021-02-09 2021-05-25 蓝思智能机器人(长沙)有限公司 速度补偿方法、装置和电子设备

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JPS5913715A (ja) * 1982-07-15 1984-01-24 チバ−ガイギ− アクチエンゲゼルシヤフト 新規医薬製剤

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CN112828678B (zh) * 2021-02-09 2022-03-18 蓝思智能机器人(长沙)有限公司 速度补偿方法、装置和电子设备

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