(57)【要約】【課題】惰性回転を利用して軸受の異常の有無を低コストかつ高精度に診断可能とすると共に、軸受に焼き付きが発生するおそれも低減する。【解決手段】主軸４を軸受５で軸支してなる主軸装置１は、主軸４を所定の回転速度から惰性回転させる惰性回転手段（制御装置７）と、惰性回転中の回転速度を検出する回転速度検出手段（回転速度検出器６）と、惰性回転時の回転速度と惰性回転の時間とに基づいて所定の軸受特性を算出する軸受特性算出手段（制御装置７）と、算出した軸受特性を予め設定された基準の軸受特性と比較して異常の有無を判定する判定手段（制御装置７）とを備え、惰性回転を開始する所定の回転速度を、軸受５の諸元から求めた所定の指標に基づいて主軸４の最高回転速度より低く設定された低回転速度として惰性回転を実行する。【選択図】図１
2018040456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を軸受で軸支してなる回転軸装置であって、
前記回転軸を所定の回転速度から惰性回転させる惰性回転手段と、
前記惰性回転中の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
少なくとも前記惰性回転時の回転速度と惰性回転の時間とに基づいて所定の軸受特性を算出する軸受特性算出手段と、
算出した前記軸受特性を予め設定された基準の軸受特性と比較して異常の有無を判定する判定手段と、を備え、
前記惰性回転手段では、前記所定の回転速度を、前記軸受の諸元から求めた所定の指標に基づいて前記回転軸の最高回転速度より低く設定された低回転速度として前記惰性回転を実行することを特徴とする回転軸装置。
【請求項２】
前記軸受の諸元が、前記回転速度に対する前記軸受の発熱量であり、前記所定の指標が、前記発熱量を基準にした係数であって、前記低回転速度は、前記最高回転速度に前記係数を乗じて決定されることを特徴とする請求項１に記載の回転軸装置。
【請求項３】
前記惰性回転手段は、前記所定の回転速度を前記最高回転速度として前記惰性回転を実行可能であり、前記低回転速度で前記惰性回転を実行して前記判定手段が前記軸受に異常なしと判定した場合、前記惰性回転手段は、前記最高回転速度から前記惰性回転を実行し、前記軸受特性算出手段は、前記最高回転速度からの前記惰性回転時の回転速度と前記時間とに基づいて前記所定の軸受特性を算出し、前記判定手段は、算出した前記軸受特性を前記基準の軸受特性と比較して異常の有無を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸装置。
【請求項４】
回転軸を軸受で軸支してなる回転軸装置において、前記軸受の異常の有無を診断する方法であって、
前記回転軸を所定の回転速度から惰性回転させる惰性回転ステップと、
前記惰性回転中の回転速度を検出する回転速度検出ステップと、
少なくとも前記惰性回転時の回転速度と惰性回転の時間とに基づいて所定の軸受特性を算出する軸受特性算出ステップと、
算出した前記軸受特性を予め設定された基準の軸受特性と比較して異常の有無を判定する判定ステップと、を実行し、
前記惰性回転ステップでは、前記所定の回転速度を、前記軸受の諸元から求めた所定の指標に基づいて前記回転軸の最高回転速度より低く設定された低回転速度として前記惰性回転を実行することを特徴とする回転軸装置における軸受の異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸装置等、回転軸を軸受で軸支してなる回転軸装置と、当該回転軸装置における軸受の異常診断方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受は、工作機械の主軸装置等の多くの回転軸装置に使用されている。中でも、ころがり軸受は、一般的に、内輪、外輪、複数個の転動体、転動体を等間隔に保つための保持器で構成され、内輪が回転軸と共に回転し、外輪はハウジングに組み込まれ、固定されている。
このような軸受の異常としては、潤滑不良、異物の混入、摩耗、過大荷重等があり、これらによって回転不良や焼き付きが発生すると、回転軸装置が正常に運転できず、装置が修理されるまでの間、停止状態が続いてしまう。よって、このような状況を未然に防ぐため、軸受の異常を早期に診断する予防保全が必要となっている。例えば特許文献１〜３には、振動センサや音センサ、温度センサ等のセンサによる計測情報を監視して、リアルタイムに軸受の異常や寿命を事前に診断する方法が開示されている。
しかし、これらの方法を実施するためには、ハードウェアの追加費用（振動、音）や検出感度の低さ（温度）が問題となる。そこで、特許文献４に開示のように、工作機械に標準搭載されている回転速度検出器を用いて回転軸を惰性回転させた際の回転速度の変化から軸受で発生する抵抗トルクを算出し、この抵抗トルクを基準値と比較して軸受の異常を診断するようにすれば、軸受の異常を精度よく診断でき、追加のコストも発生しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２００９０号公報
【特許文献２】特開２０１３−４７６９０号公報
【特許文献３】特開２００２−３４６８８４号公報
【特許文献４】特公平６−６５１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献４のような惰性回転を利用した方法では、惰性回転を開始する速度が任意であるため、軸受に異常が発生している回転軸を異常診断のために高速回転から惰性回転させると、軸受に焼き付きが発生するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、惰性回転を利用して軸受の異常の有無を低コストかつ高精度に診断可能とすると共に、軸受に焼き付きが発生するおそれも低減することができる回転軸装置及び、回転軸装置における軸受の異常診断方法とを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転軸を軸受で軸支してなる回転軸装置であって、
前記回転軸を所定の回転速度から惰性回転させる惰性回転手段と、前記惰性回転中の回転速度を検出する回転速度検出手段と、少なくとも前記惰性回転時の回転速度と惰性回転の時間とに基づいて所定の軸受特性を算出する軸受特性算出手段と、算出した前記軸受特性を予め設定された基準の軸受特性と比較して異常の有無を判定する判定手段と、を備え、前記惰性回転手段では、前記所定の回転速度を、前記軸受の諸元から求めた所定の指標に基づいて前記回転軸の最高回転速度より低く設定された低回転速度として前記惰性回転を実行することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記軸受の諸元が、前記回転速度に対する前記軸受の発熱量であり、前記所定の指標が、前記発熱量を基準にした係数であって、前記低回転速度は、前記最高回転速度に前記係数を乗じて決定されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、前記惰性回転手段は、前記所定の回転速度を前記最高回転速度として前記惰性回転を実行可能であり、前記低回転速度で前記惰性回転を実行して前記判定手段が前記軸受に異常なしと判定した場合、前記惰性回転手段は、前記最高回転速度から前記惰性回転を実行し、前記軸受特性算出手段は、前記最高回転速度からの前記惰性回転時の回転速度と前記時間とに基づいて前記所定の軸受特性を算出し、前記判定手段は、算出した前記軸受特性を前記基準の軸受特性と比較して異常の有無を判定することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、回転軸を軸受で軸支してなる回転軸装置において、前記軸受の異常の有無を診断する方法であって、
前記回転軸を所定の回転速度から惰性回転させる惰性回転ステップと、前記惰性回転中の回転速度を検出する回転速度検出ステップと、少なくとも前記惰性回転時の回転速度と惰性回転の時間とに基づいて所定の軸受特性を算出する軸受特性算出ステップと、算出した前記軸受特性を予め設定された基準の軸受特性と比較して異常の有無を判定する判定ステップと、を実行し、前記惰性回転ステップでは、前記所定の回転速度を、前記軸受の諸元から求めた所定の指標に基づいて前記回転軸の最高回転速度より低く設定された低回転速度として前記惰性回転を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、軸受に異常があっても主軸が回転不能とならない低回転速度から惰性回転を行って軸受を診断することができる。よって、惰性回転を利用して軸受の異常の有無を低コストかつ高精度に診断できると共に、軸受に焼き付きが発生するおそれも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】主軸装置の概略図である。
【図２】異常診断制御のフローチャートである。
【図３】診断モードの選択画面を示す説明図である。
【図４】回転速度と軸受の発熱量との関係を示すグラフである。が転動体である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、回転軸装置の一例である工作機械の主軸装置を示す概略図である。
この主軸装置１は、ハウジング２内に、モータ３によって回転駆動する回転軸としての主軸４を、転がり軸受である軸受５，５・・によって軸支してなり、主軸４の先端に工具が着脱可能となっている。ハウジング２には、主軸４の回転速度を検出する回転速度検出手段としての回転速度検出器６が取り付けられている。
【００１０】
７は制御装置で、制御装置７には、演算装置８と、記憶装置９と、表示装置１０と、入力装置１１とが設けられている。制御装置７は、記憶装置９に記憶された加工プログラムに従ってモータ３を回転駆動させて加工を行う他、本発明の惰性回転手段、軸受特性算出手段、判定手段としても機能し、入力装置１１（キーボードやタッチパネル等）による指令を受けて診断モードに移行して軸受５の異常診断を実行する。以下、この異常診断制御を、図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００１１】
まず、Ｓ１で、診断モードが判別される。この診断モードは、「安全モード」と「標準モード」との２つのモードを備えており、図３に示すように、表示装置１０に選択画面を表示して入力装置１１により何れかのモードの選択を促すものである。
ここで安全モードが選択されると、Ｓ２で、主軸４を第１の回転速度で回転させる。この第１の回転速度は、主軸４の最高回転速度よりも低く設定され、軸受５に異常があっても主軸４が回転不能とならない低回転速度で、軸受５の諸元から求めた所定の指標に基づいて予め設定される。ここでは諸元として図４に示す回転速度と発熱量との関係を選択し、この関係に基づいて、最高回転時の発熱量の３分の１となる係数を指標として設定している。そして、最高回転速度（ここでは１５０００ｍｉｎ−１）に当該係数を積算することで、第１の回転速度（ここでは７０００ｍｉｎ−１）を決定して記憶装置９に記憶している。
【００１２】
次に、Ｓ３で、モータ３への通電を停止させて惰性回転を行わせて（惰性回転ステップ）、Ｓ４で、回転速度検出器６で主軸４の回転速度を計測すると共に、内蔵したタイマーで通電停止からの時間を計測する（回転速度検出ステップ）。
Ｓ５で主軸４の回転停止が確認されると、Ｓ６で、演算装置８が、軸受特性としての惰性回転の停止時間と惰性回転時の抵抗トルクとを算出する（軸受特性算出ステップ）。抵抗トルクＴは、例えば回転速度Ｖと慣性イナーシャＭと加速度とを用いた以下の式に基づいて算出される。
Ｔ＝−（２πＭ／６０）×（ｄＶ／ｄｔ）
【００１３】
次に、Ｓ７で、演算装置８が、主軸４の停止時間が予め設定した閾値時間より短いか、或いは抵抗トルクが予め設定した閾値より大きいか否かを判別し（判定ステップ）、どちらかに該当する場合は、Ｓ８で軸受５に異常があると判定してその旨を表示装置１０に表示する。一方、どちらも該当しない場合は、Ｓ９で軸受５が正常であると判定してその旨を表示装置１０に表示する。
【００１４】
そして、Ｓ９で軸受５が正常と判定されると、Ｓ１０で、診断終了か否かの選択画面が併せて表示される。ここで診断終了を選択すると異常診断制御は終了するが、診断続行を選択すると、Ｓ１へ戻って図３の選択画面を表示する。よって、ここで標準モードを選択すると、Ｓ１１で、主軸４を第２の回転速度で回転させる。この第２の回転速度は、第１の回転速度よりも高い回転速度で、ここでは設定されている最高回転速度となっている。
Ｓ３以降の処理は安全モードと同じで、惰性回転を行わせてＳ４で主軸４の回転速度と通電停止からの時間とを計測し、Ｓ５で主軸４の停止が確認されると、Ｓ６で、停止時間と抵抗トルクとを算出し、Ｓ７で、停止時間が閾値時間より短いか、或いは抵抗トルクが閾値より大きいか否かを判別する。ここでどちらかに該当する場合は、Ｓ８で軸受５に異常があると判定してその旨を表示装置１０に表示する。一方、どちらも該当しない場合は、Ｓ９で軸受５が正常であると判定してその旨を表示装置１０に表示する。
【００１５】
このように、上記形態の主軸装置１によれば、惰性回転を開始する所定の回転速度を、軸受５の諸元（回転速度に対する発熱量）から求めた所定の指標（係数）に基づいて主軸４の最高回転速度より低く設定された第１の回転速度（低回転速度）として惰性回転を実行することで、軸受５に異常があっても主軸４が回転不能とならない低回転速度から惰性回転を行って軸受５を診断することができる。よって、惰性回転を利用して軸受５の異常の有無を低コストかつ高精度に診断できると共に、軸受５に焼き付きが発生するおそれも低減することができる。
【００１６】
なお、上記形態では、軸受特性として惰性回転時の停止時間と抵抗トルクとを算出してそれぞれ基準の軸受特性となる閾値時間や閾値と比較しているが、どちらか一方のみとしてもよい。また、転がり速度等の他の軸受特性を採用してもよい。さらに、停止時間についても、回転速度との関係で特性が導き出せる値であれば、所定の回転速度まで減速する時間等でもよく、停止までの時間に限定されない。
一方、低回転速度となる第１の回転速度は、最高回転速度の発熱量の３分の１の発熱量を目安として最高回転速度に乗じる係数に限らず、他の割合でも差し支えない。
また、低回転速度の決定は、発熱量を基準にした係数に限らず、例えば、諸元として軸受の基本定格寿命を基準にした係数（例えば、基本定格寿命が１０倍になる回転速度とする係数）や、軸受の接触面圧を基準にした係数（例えば、接触面圧が疲労限界以下となる回転速度とする係数）としてもよい。
【００１７】
さらに、軸受近傍に温度センサを設けて、軸受近傍の温度を基準にした係数（例えば、回転停止時からの軸受上昇温度が１０℃以下となる回転速度とする係数）や、回転速度と時間とから算出した軸受の総走行距離を基準にした係数（例えば、総走行距離が１００００ｍ以下の場合は１、１５０００ｍ以下の場合は０．５）としてもよい。
加えて、これらの係数を複数組み合わせて第１の回転速度を算出することもできる。
【００１８】
そして、上記形態では、低回転速度を１つのみ設定しているが、複数の低回転速度を設定して安全モードを複数設定し、回転速度の小さいモードから診断できるようにしてもよい。
また、上記形態では、安全モードで正常判定がされた場合、再び選択画面を表示してモード選択を促すようにしているが、安全モードで正常判定がされた場合、続いて自動的に標準モードで異常診断制御を行うようにしてもよい。
【００１９】
その他、本発明の回転軸装置や軸受の異常診断方法は、工作機械の主軸装置に限らず、自動車や鉄道車両、船舶等の他の機械設備においても適用可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１・・主軸装置、２・・ハウジング、３・・モータ、４・・主軸、５・・軸受、６・・回転速度検出器、７・・制御装置、８・・演算装置、９・・記憶装置、１０・・表示装置、１１・・入力装置。
【図１】
2018040456.tif 000003
【図２】
2018040456.tif 000004
【図３】
2018040456.tif 000005
【図４】
2018040456.tif 000006