WO2016042874A1

WO2016042874A1 - 工作機械およびブレーキチェック方法

Info

Publication number: WO2016042874A1
Application number: PCT/JP2015/067859
Authority: WO
Inventors: 岡本　洋一; 英一郎五味
Original assignee: Dmg森精機株式会社
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2016-03-24
Also published as: JP2016060009A; KR20170061678A; EP3195975A1; JP5926782B2; US10507559B2; US20170291271A1; CN106715043A; EP3195975A4; CN106715043B

Abstract

　少なくとも２つのブレーキで上下軸の回転を止める機構において、ブレーキの故障をより確実に検知するための工作機械であって、上下方向に延設されたボールネジと、ボールネジを回転駆動する駆動モータと、駆動モータによるボールネジの回転に応じて、ボールネジに沿って上下動する可動部と、駆動モータへの電力供給停止中における可動部の下降を防止するための少なくとも２つのブレーキと、駆動モータへの電力供給停止中において、少なくとも２つのブレーキの内、少なくとも１つのブレーキを開放させるブレーキ制御部と、少なくとも１つのブレーキを開放させたことによる前記可動部の落下の有無または落下距離を検出して、前記少なくとも２つのブレーキの内、開放されていないブレーキの不具合を検出する検出部と、を備えた。

Description

工作機械およびブレーキチェック方法

　本発明は、工作機械およびそのブレーキチェック方法に関する。

　上記技術分野において、特許文献１には、電力供給停止時にボールネジに対してブレーキをかけると同時に、サーボモータへの速度指令を０とする技術が開示されている。

　一方、特許文献２には、電磁ブレーキにより、電源ＯＦＦ時に自重による落下を防ぐ機構について説明がある。

　さらに、特許文献３には、通電していない状態でモータ軸の回転を止めるブレーキモータが開示されている。

　また、特許文献４には、電力遮断指令を遅延させて先にブレーキ装置を制御して重力軸を制動させる技術が開示されている。

特許第３４７２４３３号公報特開２００７－０３４６５３号公報特開２００７－１８１８５０号公報特開２００４－００９１６８号公報

　しかしながら、上記文献に記載の技術では、１つのボールネジに対して、１つのブレーキのみ設けられているため、ブレーキの故障時に事故が起こる可能性がある。

　これを防ぐため、少なくとも２つのブレーキを用いて一つの上下軸（ボールネジ）の回転を確実に止める仕組みが提案できるが、その場合、一方のブレーキが故障していることに気がつかず使い続けてしまうことが懸念される。

　本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

　上記目的を達成するため本発明に係る工作機械は、
　上下方向に延設されたボールネジと、
　前記ボールネジを回転駆動する駆動モータと、
　前記駆動モータによる前記ボールネジの回転に応じて、前記ボールネジに沿って上下動する可動部と、
　前記駆動モータへの電力供給停止中における前記可動部の下降を防止するための少なくとも２つのブレーキと、
　前記駆動モータへの電力供給停止中において、前記少なくとも２つのブレーキの内、少なくとも１つのブレーキを開放させるブレーキ制御部と、
　前記少なくとも１つのブレーキを開放させたことによる前記可動部の落下の有無または落下距離を検出して、前記少なくとも２つのブレーキの内、開放されていないブレーキの不具合を検出する検出部と、
　を備えた。

　上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
　上下方向に延設されたボールネジと、
　前記ボールネジを回転駆動する駆動モータと、
　前記駆動モータによる前記ボールネジの回転に応じて、前記ボールネジに沿って上下動する可動部と、
　前記駆動モータへの電力供給停止中における前記可動部の下降を防止するための少なくとも２つのブレーキと、
　を備えた工作機械のブレーキチェック方法であって、
　前記駆動モータへの電力供給停止中おいて、前記少なくとも２つのブレーキの内、少なくとも１つのブレーキを開放させるブレーキ制御ステップと、
　前記少なくとも１つのブレーキを開放させたことによる前記可動部の落下距離を検出して、前記少なくとも２つのブレーキの内、開放されていないブレーキの不具合を検出する検出ステップと、
　を含む。

　本発明によれば、少なくとも２つのブレーキで上下軸の回転を止める機構において、ブレーキの故障をより確実に検知できる。

本発明の第１実施形態に係る工作機械の構成を示す図である。本発明の第１実施形態に係る工作機械の構成を示す図である。本発明の第２実施形態に係る工作機械の構成を示す外観図である。本発明の第２実施形態に係る工作機械の構成を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る工作機械の構成を示す分解図である。本発明の第２実施形態に係る電磁ブレーキの構成を示す分解図である。本発明の第２実施形態に係る電磁ブレーキの部分破断斜視図である。本発明の第２実施形態に係る電磁ブレーキの動作を説明する図である。本発明の第２実施形態に係る電磁ブレーキの構成を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係るＮＣ旋盤の外観斜視図である。本発明の第３実施形態に係るＮＣ旋盤の外観斜視図である。本発明の第４実施形態に係る立形マシニングセンタの外観斜視図である。本発明の第４実施形態に係る立形マシニングセンタの移動機構部の斜視図である。

　以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

　［第１実施形態］
　本発明の第１実施形態としての工作機械の駆動機構部１００について、図１Ａ、図１Ｂを用いて説明する。図１Ａ、図１Ｂに示すように、工作機械の駆動機構部１００は、ボールネジ１０１とロータ１０２と可動部１０３と少なくとも２つのブレーキ１０４、１０５とブレーキ制御部１０６と不具合検出部１０７とを含む。ここでは例としてロータ１０２とブレーキ１０４とを内蔵したブレーキ内蔵モータを示している。

　ボールネジ１０１は、上下方向に延設され、ロータ１０２がボールネジ１０１を回転駆動すると、可動部１０３は、ボールネジ１０１の回転に応じて、ボールネジ１０１に沿って上下動する。ここでは例として、ボールネジ１０１に歯つきベルト１０８を介してロータ１０２をつなぐ構成について、図示しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ボールネジに直接継ぎ手を介して駆動モータをつなぐ構成でもよい。

　少なくとも２つのブレーキ１０４、１０５は、駆動モータへの電力供給停止時における可動部１０３の下降を防止する機構である。１つの軸に対して複数のブレーキが取り付けられているのは落下防止という安全機能に冗長性を持たせるためである。

　ブレーキ制御部１０６は、駆動モータへの電力供給停止時において、少なくとも２つのブレーキ１０４、１０５を一つずつ機能させる。複数のブレーキ"全て"を"同時"に作動させるのが通常の動作であり、少なくとも１つのブレーキを解放するのはブレーキの機能チェックが目的である。

　ブレーキ制御部１０６は、少なくとも２つのブレーキの内、１つを残して残りを全て開放させる。例えば、ブレーキが３つあれば、２つを開放させるし、ブレーキが４つあれば、３つを開放させる。

　また、ブレーキ制御部１０６は、工作機械の駆動機構部１００の電源を遮断する際に、ロータ１０２への電力供給を停止させた上で、少なくとも２つのブレーキの内、少なくとも１つのブレーキを開放させる。つまり、工作機械の駆動機構部１００の電源遮断時にブレーキ１０４またはブレーキ１０５の検査を行なう。

　例えば図１Ａは、ブレーキ１０４を作動させて、ロータ１０２の軸の回転を防止しつつ、ブレーキ１０５を開放させた様子を示している。この状態で、可動部１０３が落下した場合、不具合検出部１０７はブレーキ１０４に不具合があると判定できる。一方、図１Ｂは、ブレーキ１０５を作動させて、ボールネジ１０１の回転を防止しつつ、ブレーキ１０４を開放させた様子を示している。この状態で、可動部１０３が落下した場合、不具合検出部１０７はブレーキ１０５に不具合があると判定できる。

　このように、不具合検出部１０７は、少なくとも２つのブレーキ１０４、１０５を一つずつ機能させたことによる、可動部１０３の落下の有無または落下距離を検出し、少なくとも２つのブレーキ１０４、１０５の不具合を検出する。すなわち、可動部１０３が落下した場合または所定値以上の落下距離の場合に、ブレーキ１０４、１０５に不具合があることを検出し、ユーザに報知する。

　これにより、２つのブレーキの内の一つが故障した場合であっても、もう一方のブレーキが故障するまでの間に、ブレーキの故障を検知することができ、落下を未然に防ぐことができる。

　［第２実施形態］
　次に本発明の第２実施形態に係る工作機械の駆動機構部２００について、図２Ａ～図５を用いて説明する。図２Ａは、本実施形態に係る工作機械の駆動機構部２００の外観構成を説明するための図であり、図２Ｂは、工作機械の駆動機構部２００の内部構成を示す断面図、図２Ｃは、その分解図である。本実施形態に係る工作機械の駆動機構部２００は、上記第１実施形態と比べると、同軸上にボールネジと電磁ブレーキと駆動モータとを有する点で異なる。その他の構成および動作は、第１実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。本実施形態において、駆動モータ２２１には電磁ブレーキを内蔵せず、２個の電磁ブレーキ１０５、２２４共に駆動モータ２２１の外に取り付けられている。

　図２Ａ、図２Ｂにおいて、ボールネジ１０１に対して、同軸上にハウジング２０２が設けられ、ハウジング２０２と、ボールネジ１０１との間に電磁ブレーキ１０５が設けられている。可動部２０３は、ボールナット２３１に結合されており、ボールネジ１０１に沿って上下動する。ブレーキ制御部１０６は、ハウジング２０２内外の２つの電磁ブレーキ１０５、２２４に対する電力供給をコントロールすることにより、電磁ブレーキ１０５、２２４を一つずつ機能させる。カップリング２２６は、ボールねじ１０１と駆動モータ軸とを結合する。カップリング２２６の下に電磁ブレーキ２２４が設けられる。

　図２Ｃに示すとおり、ハウジング２０２は、駆動モータ２２１を取り付ける為の箱であり、この箱の中に電磁ブレーキ２２４とカップリング２２６が入っている。エンコーダ２２５は、駆動モータ２２１に取り付けられており（内蔵されており）回転量を検出する回転量検出器として機能する。

　可動部２０３はボールナット２３１と結合されている。さらに、不具合検出部１０７は、エンコーダ２２５が検出した回転数に基づいて、不具合の有無を判断する。すなわち、電磁ブレーキ１０５のみを動作させた状態、あるいは、電磁ブレーキ２２４のみを動作させた状態を意図的に生成し、電磁ブレーキ１０５、２２４を一つずつ機能させた場合に、ボールネジ１０１の回転があるか否かを検出する。ボールネジ１０１の回転があれば、電磁ブレーキ１０５、２２４のいずれかに不具合があると判定し、専門のオペレータによるメンテナンスが行なわれる。

　図３、図４は、電磁ブレーキ１０５、２２４の構成を説明するための図である。図３は電磁ブレーキ１０５の分解図であり、図４は、機能説明図である。図３および図４のブレーキは、回転する円盤（上の磁石）が、コイルに吸い付くか、コイルから反発されるかにより、固定状態となるか、開放状態となるものである。

　図３に示すように、ボールネジ１０１の先端部分は、歯車３０１に固定される。また歯車３０１は、円盤状の磁石３０２に噛合する。これにより、磁石３０２はボールネジ１０１と共に回転する。磁石３０２の図中下側にはコイル３０３が設けられており、コイル３０３に対して電力を供給することにより、磁石３０２がコイル３０３から少しだけ離れ、ボールネジ１０１が回転可能になる（図４の上側状態４０１）。

　一方、コイル３０３に対する電力供給が停止すると、コイル３０３と磁石３０２とが引き寄せ合ってぴったりと密着し、その間の摩擦によって、磁石３０２の回転が止まる。すると、磁石３０２に固定された歯車３０１および、歯車３０１に固定されたボールネジ１０１の回転も止まる。したがって、電力停止と共に、ボールネジ１０１が固定され、自由に回転できなくなる（図４の下側状態４０２）。

　つまり、コイルに電流を流して反発させれば、円盤を開放するので、ボールネジが回り、電源が入っていなければ、ボールネジが回らない。

　図５Ａ、図５Ｂには、別の構造を有する電磁ブレーキの例を示す。図５Ａの電磁ブレーキでは、回転するディスク５０２そのものがコイル５０３に吸い付くといった構造ではない。回転するディスク５０２が押し付け板５０４に押されてその外側に固定された固定板５０５に押し付けられるか、または押し付けられずに開放されるかのいずれかにて動作するものである。押し付け板５０４は、バネによって押されて、外側の固定板５０５の方向に移動するが、その２つの間に回転するディスク５０２を挟んでいるので、バネにより押された時は、回転するディスク５０２も挟まれて固定される。一方コイル５０３に電流を流した時は、押し付け板５０４がバネ５０６に反してコイル５０３に吸い付く為、回転するディスク５０２は、開放される。

　摩擦によりディスク５０２が減ったり、調整がずれたりすると、電源が切れたときに電磁ブレーキが働かないことがありうる。その場合、可動部２０３が自重によりボールネジ１０１を回転させつつ下降してしまい、非常に危険である。そこで、電磁ブレーキを複数個取り付けて冗長化する仕組みが取り入れられてきている。しかし、そのような冗長化によると、一部の電磁ブレーキに不具合が起きていることを発見しにくい。そこで、不具合検出部１０７は、ブレーキ能力に余裕があるうちに、駆動モータ２２１に取り付けられたエンコーダ２２５によって検知された回転量に基づいて、可動部２０３の落下を判定し、電磁ブレーキの不具合を検出する。

　ブレーキ制御部１０６は、工作機械の駆動機構部２００の電源を遮断する際に、駆動モータ２２１への電力供給を停止させた上で、少なくとも２つの電磁ブレーキ１０５、２２４の内、交互に、少なくとも１つの電磁ブレーキを開放させる。つまり、工作機械の駆動機構部２００の電源遮断時に電磁ブレーキ１０５、２２４の検査を行なう。さらに、不具合検出部１０７は、工作機械全体又は、工作機械の駆動機構部２００全体に対する電源投入時に、電源遮断時からの可動部２０３の落下距離をあらかじめ定めた閾値と比較する。所定の閾値以上に降下していた場合、少なくとも２つの電磁ブレーキ１０５、２２４の内、開放されていない電磁ブレーキに不具合があるものと判定する。

　なお、本実施形態では、エンコーダ２２５で、可動部２０３の落下を判定したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ボールネジ１０１に沿って設けられた光学スケールや磁気スケールで可動部２０３の位置をみることもできる。

　また、本実施形態では、必ずしも、不具合がある電磁ブレーキを特定する必要は無い。上記ブレーキチェックにより、いずれかの電磁ブレーキが壊れたことが分かれば、専門のオペレータによるメンテナンスが行なわれる。

　電源を切る際に電磁ブレーキ１０５、２２４を交互に効かせることにより、電源を切った時点での可動部２０３の位置と電源を入れた時点の可動部２０３の位置との違いを、電源を入れた時点において判断できる。すなわち、本実施形態では、工作機械の駆動機構部２００のいずれかの電磁ブレーキに異常があることを検知することができる。

　［第３実施形態］
　次に本発明の第３実施形態に係る工作機械について、図６～図７を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る工作機械としてのＮＣ（Numerical Control）旋盤６００の外観図である。上記第２実施形態と比べると、Ｙ軸方向にボールネジ６０１を有し、そのボールネジ６０１に沿って刃物台６０３が移動する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

　Ｙ軸サーボモータ６０２は、可動部としての刃物台６０３をボールネジ６０１に沿って上下動させる。一方、Ｘ軸サーボモータ６１２は、Ｙ軸移動機構全体をＸ軸方向に移動させる。そして刃物台６０３が下方の所定位置に移動した状態で主軸ヘッド６０６に取り付けた被加工物を刃物台６０３に取り付けた工具により切削する。

　また、電源供給を停止させた状態で、刃物台６０３が自重により落下しないようにサーボモータ６０２の直下に電磁ブレーキ６０４が設けられている。また、ボールネジ６０１の下流端にも２つめの電磁ブレーキ６０５が設けられている。このような構成において、電磁ブレーキ６０４、６０５を交互に動作させ、交互にオフにして、エンコーダ６２２、６２３を用いて刃物台６０３の移動距離が所定値以上になるか否かを判定する。その判定結果に応じて、電磁ブレーキ６０４、６０５の不具合を検出する。

　図７は、ＮＣ旋盤６００を図６の矢印６１０方向から見た図である。Ｙ軸サーボモータ６０２の下流側に電磁ブレーキ６０４が設けられていることが分かる。サーボモータ６０２への電力供給が止まると同時に電磁ブレーキ６０４が作動して、ボールネジ６０１を停止させる。
　以上、本実施形態で説明したように本発明をＮＣ旋盤に適用することができる。

　［第４実施形態］
　次に本発明の第４実施形態に係る工作機械について、図８～図９を用いて説明する。図８は、立形マシニングセンタ８００の全体外観図である。図９は、立形マシニングセンタ８００に内蔵されたＺ軸方向の主軸移動機構を取り出した図である。

　立形マシニングセンタ８００内部には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に工具主軸と被加工物を相対的に移動させる移動機構８０１が設けられている。この移動機構８０１には、図９に示すＺ方向の移動機構９００が含まれている。移動機構９００には、２つのＺ軸サーボモータ９０１、９０２と、それぞれのサーボモータによって回転されるボールネジ９０３、９０４とが設けられている。また、ボールネジ９０３、９０４の回転に伴ってＺ軸方向に上下動する可動部としての主軸頭９０５が設けられている。

　サーボモータ９０１、９０２には、それぞれ電磁ブレーキ９０６、９０７が設けられ、サーボモータ９０１、９０２への電力供給がストップした状況でも２つのボールネジ９０３、９０４が確実に回転しないように冗長化された構成となっている。

　サーボモータ９０１、９０２にはそれぞれ、電磁ブレーキ９０６、９０７とエンコーダ９０８、９０９が取り付けられている。電磁ブレーキ９０６、９０７は、サーボモータ９０１、９０２に電力供給がされていない状況でボールネジ９０３、９０４が回転しないようにグリップする。そして、エンコーダ９０８、９０９は、ボールネジに接続されたサーボモータの回転軸の回転角度を検出して、電磁ブレーキ９０６、９０７の不具合を検出する。

　以上、本実施形態で説明したように、本発明を立形マシニングセンタに適用することもできる。

　［他の実施形態］
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

　この出願は、２０１４年９月１９日に出願された日本出願特願２０１４－１９０８５６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

　上下方向に延設されたボールネジと、
　前記ボールネジを回転駆動する駆動モータと、
　前記駆動モータによる前記ボールネジの回転に応じて、前記ボールネジに沿って上下動する可動部と、
　前記駆動モータへの電力供給停止中における前記可動部の下降を防止するための少なくとも２つのブレーキと、
　前記駆動モータへの電力供給停止中において、前記少なくとも２つのブレーキの内、少なくとも１つのブレーキを開放させるブレーキ制御部と、
　前記少なくとも１つのブレーキを開放させたことによる前記可動部の落下の有無または落下距離を検出して、前記少なくとも２つのブレーキの内、開放されていないブレーキの不具合を検出する検出部と、
　を備えた工作機械。
　前記ブレーキ制御部は、前記少なくとも２つのブレーキの内、１つを残して残りを全て開放させる請求項１に記載の工作機械。
　前記ブレーキ制御部は、前記工作機械の電源を遮断する際に、前記駆動モータへの電力供給を停止させた上で、前記少なくとも２つのブレーキの内、少なくとも１つのブレーキを開放させる請求項１に記載の工作機械。
　前記検出部は、前記駆動モータに内蔵されたエンコーダによって検知された回転量に基づいて、前記可動部の落下を判定する請求項１、２または３に記載の工作機械。
　前記検出部は、前記工作機械全体に対する電源投入時に、電源遮断時からの前記可動部の落下距離を判定して、前記少なくとも２つのブレーキの不具合を検出する請求項１乃至４に記載の工作機械。
　上下方向に延設されたボールネジと、
　前記ボールネジを回転駆動する駆動モータと、
　前記駆動モータによる前記ボールネジの回転に応じて、前記ボールネジに沿って上下動する可動部と、
　前記駆動モータへの電力供給停止中における前記可動部の下降を防止するための少なくとも２つのブレーキと、
　を備えた工作機械のブレーキチェック方法であって、
　前記駆動モータへの電力供給停止中おいて、前記少なくとも２つのブレーキの内、少なくとも１つのブレーキを開放させるブレーキ制御ステップと、
　前記少なくとも１つのブレーキを開放させたことによる前記可動部の落下距離を検出して、前記少なくとも２つのブレーキの内、開放されていないブレーキの不具合を検出する検出ステップと、
　を含むブレーキチェック方法。