具備推定支持主軸的軸承的壽命的功能的數(shù)值控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的數(shù)值控制裝置判斷是否是主軸對(duì)被加工物進(jìn)行加工的切削狀態(tài)，在切削狀態(tài)時(shí)，計(jì)算將與根據(jù)進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算出的作用于主軸的力對(duì)應(yīng)的加權(quán)乘以主軸的轉(zhuǎn)速所得的第二轉(zhuǎn)速而積算為指標(biāo)值，在不是切削狀態(tài)時(shí)，將主軸的轉(zhuǎn)速積算為指標(biāo)值。另外，根據(jù)指標(biāo)值推定軸承的壽命。
【專利說(shuō)明】具備推定支持主軸的軸承的壽命的功能的數(shù)值控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具備對(duì)支持機(jī)床的主軸的軸承的壽命進(jìn)行推定的功能的數(shù)值控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]作為機(jī)床的主軸的軸承而使用的軸承由于摩擦和負(fù)荷而逐漸劣化，因此需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)期進(jìn)行更換。目前，作為機(jī)床的主軸軸承的更換時(shí)期的目標(biāo)，使用將主軸的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行了積算所得的總轉(zhuǎn)數(shù)和總旋轉(zhuǎn)時(shí)間。例如，在日本特開(kāi)平5-208343號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了一種具有壽命管理功能的數(shù)值控制裝置，該數(shù)值控制裝置通過(guò)對(duì)與可動(dòng)部的部件的壽命有關(guān)的動(dòng)作量的累積值和預(yù)先設(shè)定的可動(dòng)部的壽命值進(jìn)行比較，判定部件的壽命，另外具備顯示累積值的顯示單元。在日本特開(kāi)2011-247660號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了一種軸承的壽命監(jiān)視方法，該監(jiān)視方法根據(jù)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況，逐一地計(jì)算支持軸承的旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)數(shù)和與旋轉(zhuǎn)體有關(guān)的載荷的平均值，求出軸承的壽命值。另外，在旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)時(shí)間的積算值超過(guò)壽命值的情況下，維護(hù)時(shí)期顯示為消息。
[0003]支持機(jī)床的主軸的軸承的壽命受到作用于主軸的力的影響。在非切削時(shí)，主軸和被加工物處于非接觸狀態(tài)，但在切削時(shí)主軸和被加工物接觸，因此與來(lái)自被加工物的反作用力等同的力作用于主軸。因此，與非切削時(shí)相比，切削時(shí)對(duì)軸承的負(fù)荷更大，軸承的壽命相對(duì)變短。
[0004]但是，目前不區(qū)別非切削時(shí)和切削時(shí)而單純對(duì)主軸的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行積算，因此沒(méi)有考慮到對(duì)主軸的負(fù)荷的影響。例如，日本特開(kāi)平5-208343號(hào)公報(bào)所公開(kāi)的壽命管理技術(shù)只是簡(jiǎn)單地對(duì)主軸的動(dòng)作量進(jìn)行積算，而沒(méi)有考慮到作用于可動(dòng)部的部件的力的影響。因此，在達(dá)到預(yù)定的累積值的情況下，與施加到構(gòu)件的力的大小無(wú)關(guān)而判定為是更換時(shí)期。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目的在于:提供一種具備對(duì)支持主軸的軸承的壽命進(jìn)行推定的功能的數(shù)值控制裝置，其監(jiān)視表示切削狀態(tài)的切削信號(hào)，在非切削時(shí)如以前那樣對(duì)主軸的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行積算，在切削時(shí)將轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間乘以與作用于主軸的力對(duì)應(yīng)的加權(quán)而進(jìn)行積算，對(duì)積算值考慮切削時(shí)作用于主軸的負(fù)荷的影響，由此能夠更高精度地估計(jì)更換時(shí)期。
[0006]本發(fā)明的數(shù)值控制裝置具備針對(duì)支持機(jī)床的主軸的軸承推定該軸承的壽命的功能，控制機(jī)床，該數(shù)值控制裝置具備:物理數(shù)據(jù)取得部，其從控制驅(qū)動(dòng)軸的控制部或從安裝在各驅(qū)動(dòng)軸上的檢測(cè)器按照每個(gè)預(yù)定周期取得上述主軸的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩；切削信號(hào)監(jiān)視部，其監(jiān)視上述控制部輸出而表示切削狀態(tài)的切削信號(hào)；負(fù)荷計(jì)算部，其根據(jù)上述物理數(shù)據(jù)取得部取得的進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩而計(jì)算作用于主軸的力；加權(quán)提取部，其針對(duì)通過(guò)上述負(fù)荷計(jì)算部計(jì)算出的作用于主軸的力，從預(yù)先給出的表中提取與該力對(duì)應(yīng)的加權(quán)；積算部，其在上述切削信號(hào)表示非切削狀態(tài)的情況下，在每個(gè)預(yù)定周期對(duì)上述主軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行積算，在上述切削信號(hào)表示切削狀態(tài)的情況下，在每個(gè)預(yù)定周期對(duì)將上述物理數(shù)據(jù)取得部取得的上述主軸的轉(zhuǎn)速乘以上述加權(quán)提取部提取的加權(quán)所得的第二主軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行積算；存儲(chǔ)部，其存儲(chǔ)通過(guò)上述積算部積算所得的積算值，其中，根據(jù)上述積算值推定上述軸承的壽命O
[0007]可以是上述數(shù)值控制裝置具備旋轉(zhuǎn)信號(hào)監(jiān)視部，上述旋轉(zhuǎn)信號(hào)監(jiān)視部監(jiān)視表示主軸正在旋轉(zhuǎn)中還是停止中的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)信號(hào)，上述積算部在上述旋轉(zhuǎn)狀態(tài)信號(hào)表示正在旋轉(zhuǎn)中、并且上述切削信號(hào)表示非切削狀態(tài)的情況下，對(duì)上述預(yù)定周期進(jìn)行積算，在上述旋轉(zhuǎn)狀態(tài)信號(hào)表示正在旋轉(zhuǎn)中、并且上述切削信號(hào)表示切削狀態(tài)的情況下，在每個(gè)上述預(yù)定周期對(duì)將上述預(yù)定周期乘以上述加權(quán)提取部提取的加權(quán)所得的第二預(yù)定周期進(jìn)行積算。
[0008]上述負(fù)荷計(jì)算部可以根據(jù)將上述物理數(shù)據(jù)取得部取得的上述進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩減去通過(guò)上述控制部或上述檢測(cè)器取得的進(jìn)給軸的加速度乘以慣性所得的加速度量的轉(zhuǎn)矩之后所得的轉(zhuǎn)矩，計(jì)算作用于主軸的力。
[0009]上述負(fù)荷計(jì)算部可以根據(jù)將上述進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩減去相當(dāng)于進(jìn)給軸的摩擦的轉(zhuǎn)矩量所得的轉(zhuǎn)矩，計(jì)算作用于主軸的力。
[0010]本發(fā)明通過(guò)具備以上的結(jié)構(gòu)，能夠提供一種具備對(duì)支持主軸的軸承的壽命進(jìn)行推定的功能的數(shù)值控制裝置，其監(jiān)視表示切削狀態(tài)的切削信號(hào)，在非切削時(shí)如以前那樣對(duì)主軸的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行積算，在切削時(shí)將轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間乘以與作用于主軸的力對(duì)應(yīng)的加權(quán)而積算為積算值，由此對(duì)積算值考慮切削時(shí)作用于主軸的負(fù)荷的影響，能夠更高精度地估計(jì)更換時(shí)期。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011 ] 參照附圖根據(jù)以下的實(shí)施例的說(shuō)明能夠了解本發(fā)明的上述和其他目的和特征。
[0012]圖1是說(shuō)明本發(fā)明的數(shù)值控制裝置的框圖。
[0013]圖2A、圖2B是說(shuō)明各軸是相互垂直的X、Y、Z的3軸，而主軸向Z軸方向移動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的作用于主軸的合力的圖。
[0014]圖3Α、圖3Β、圖3C是說(shuō)明通過(guò)是否考慮到作用于主軸的加權(quán)而在判斷軸承的壽命的指標(biāo)值中產(chǎn)生差的圖。
[0015]圖4是說(shuō)明計(jì)算用于判斷軸承的壽命的指標(biāo)值的處理的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]在本發(fā)明的數(shù)值控制裝置的一個(gè)實(shí)施方式中，該數(shù)值控制裝置并不是求出支持機(jī)床的主軸的軸承的壽命值，而是計(jì)算與壽命值進(jìn)行比較的指標(biāo)值。不是單純地將軸承所支持的主軸的旋轉(zhuǎn)時(shí)間與積算值進(jìn)行積算，而是在考慮到作用于主軸的力的影響的基礎(chǔ)上與積算值進(jìn)行積算，求出指標(biāo)值。由此，即使壽命值是預(yù)先固定的值，也考慮到作用于主軸的力的影響，因此能夠更高精度地判定軸承的壽命。此外，在本說(shuō)明書中，使用相同的符號(hào)M說(shuō)明指標(biāo)值、積算值以及旋轉(zhuǎn)時(shí)間。
[0017]〈實(shí)施方式1>
[0018]圖1是表示本發(fā)明的數(shù)值控制裝置的框圖。在數(shù)值控制裝置20中，通過(guò)機(jī)床10的機(jī)構(gòu)部所具備的伺服電動(dòng)機(jī)11對(duì)機(jī)床的各軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
[0019]支持機(jī)床的主軸的軸承的壽命受到磨損、金屬疲勞等的積蓄所產(chǎn)生的影響，因此作為在判定軸承的更換時(shí)期時(shí)使用的指標(biāo)值，軸承所支持的主軸的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)時(shí)間的累積值是有效的。但是，軸承的壽命受到作用于主軸的力的影響，因此單純地只對(duì)主軸的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行積算而作為指標(biāo)值是不充分的。
[0020]例如，在驅(qū)動(dòng)軸承所支持的主軸的情況下，即使是相同的總轉(zhuǎn)數(shù)，根據(jù)作用于主軸的力的大小、或電流的大小，軸承的壽命也不同。如果施加到主軸的力大，則施加到軸承的力也大，因此軸承的壽命必然變短，如果施加到軸承的力的小則軸承的壽命變長(zhǎng)。
[0021]因此，在本實(shí)施方式中，監(jiān)視表示切削狀態(tài)的切削信號(hào)，在主軸表示加工被加工物的切削狀態(tài)的情況下，將主軸的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)時(shí)間乘以與作用于主軸的力對(duì)應(yīng)的加權(quán)而與積算值進(jìn)行積算。另一方面，在切削信號(hào)不是加工狀態(tài)、即表示非切削狀態(tài)的情況下，不乘以上述加權(quán)而與積算值進(jìn)行積算。由此，在主軸和工件接觸的切削過(guò)程中，能夠?qū)χ笜?biāo)值考慮到作用于主軸的力的影響，因此與單純地進(jìn)行積算的情況相比，能夠高精度地估計(jì)軸承的更換時(shí)期。
[0022]具體地說(shuō)，在數(shù)值控制裝置20的物理數(shù)據(jù)取得部22中，在每個(gè)預(yù)定的周期Λ t從控制機(jī)床10的各驅(qū)動(dòng)軸、即電動(dòng)機(jī)的控制部21、或安裝在驅(qū)動(dòng)軸上而未圖示的檢測(cè)器來(lái)取得主軸的轉(zhuǎn)速V(kAt)和進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩S(kAt) (k = 0，l，2，3……)。然后，負(fù)荷計(jì)算部23根據(jù)由物理數(shù)據(jù)取得部取得的進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩S(kAt)來(lái)計(jì)算作用于主軸的力D(kAt)。
[0023]圖2A、圖2B表示各軸是相互垂直的X、Y、Z的3軸而主軸向Z軸方向移動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。通過(guò)安裝在主軸30上的工具32對(duì)載置在工作臺(tái)34上的工件33進(jìn)行加工。在固定了 Z軸的位置的情況下，如果設(shè)X軸的轉(zhuǎn)矩為Sx (k Δ t)、Y軸的轉(zhuǎn)矩為Sy (k Λ t)，則施加到主軸的力如公式I所示那樣為X、Y軸的合力D (k At)。合力D(kAt)是垂直地作用于主軸的力，但在此設(shè)為合力“D(kAt)?作用于軸承的力”。此外，也可以根據(jù)主軸的結(jié)構(gòu)和上述作用于主軸的力D (k At)，求出作用于軸承31的力。
[0024]公式I
[0025]D{k ht) =J.m...........+ ""
[0026]接著，加權(quán)提取部25根據(jù)通過(guò)負(fù)荷計(jì)算部23計(jì)算出的值D (k Λ t)，從預(yù)先給出的力Dk和加權(quán)E (Dk)的對(duì)應(yīng)表中提取與主軸的轉(zhuǎn)速V (k At)相乘的加權(quán)E (k At)。根據(jù)實(shí)測(cè)值和模擬結(jié)果等求出加權(quán)E (Dk)。
[0027]例如，在主軸和被加工物不接觸的非切削狀態(tài)下，將以預(yù)定的速度Vk持續(xù)驅(qū)動(dòng)主軸時(shí)的壽命設(shè)為L(zhǎng)k。另外，如果在進(jìn)給軸控制主軸和被加工物的相對(duì)位置而向主軸施加力Dk的切削狀態(tài)下，將以預(yù)定的速度Vk持續(xù)驅(qū)動(dòng)主軸時(shí)的壽命為L(zhǎng)(Dk)，則切削時(shí)的壽命為非切削時(shí)的L(Dk) /Lk倍。因此，作為與主軸的轉(zhuǎn)速V(k Δ t)相乘的加權(quán)E (Dk)，可以考慮將切肖IJ時(shí)的壽命除以非切削時(shí)的壽命所得的值L(Dk)/Lk等。
[0028]接著，切削標(biāo)志監(jiān)視部24根據(jù)從控制部21得到的切削、非切削的信號(hào)或標(biāo)志，監(jiān)視主軸處于切削狀態(tài)還是非切削狀態(tài)。根據(jù)機(jī)床的NC程序上的G01、G03等的切削進(jìn)給的代碼，或者在主軸的負(fù)荷比預(yù)定值大的情況下看作為切削狀態(tài)而生成切削信號(hào)。
[0029]在主軸處于切削狀態(tài)的情況下，通過(guò)加權(quán)提取部25提取出的加權(quán)E (D(k At))在積算部26中與轉(zhuǎn)速V(kAt)相乘，如公式2所示那樣作為第二轉(zhuǎn)速V’ (kAt)而計(jì)算。另外，如公式3所示那樣，由積算部26對(duì)將考慮到加權(quán)的第二轉(zhuǎn)速V’ (k Δ t)乘以預(yù)定的周期At所得的值的絕對(duì)值進(jìn)行積算，計(jì)算出指標(biāo)值M。另一方面，在非切削時(shí)，與切削時(shí)不同，力不直接作用于主軸，因此如公式4所示那樣，直接對(duì)將轉(zhuǎn)速V(kAt)乘以預(yù)定的周期At所得的值的絕對(duì)值進(jìn)行積算，由此計(jì)算出指標(biāo)值M。
[0030]公式 2
[0031 ] V' (k Δ t) = E (D (k Δ t)) X V (k Δ t)
[0032]公式3
[0033]層=yj M IXk At)) X V{k At) X Δ?| = U V%k At) χ Δ? I

【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)值控制裝置，其具備針對(duì)支持機(jī)床的主軸的軸承推定該軸承的壽命的功能，控制機(jī)床，該數(shù)值控制裝置的特征在于，具備: 物理數(shù)據(jù)取得部，其從控制驅(qū)動(dòng)軸的控制部、或從安裝在各驅(qū)動(dòng)軸上的檢測(cè)器按照每個(gè)預(yù)定周期來(lái)取得上述主軸的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩； 切削信號(hào)監(jiān)視部，其監(jiān)視上述控制部輸出而表示切削狀態(tài)的切削信號(hào)； 負(fù)荷計(jì)算部，其根據(jù)上述物理數(shù)據(jù)取得部取得的進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩來(lái)計(jì)算作用于主軸的力； 加權(quán)提取部，其針對(duì)通過(guò)上述負(fù)荷計(jì)算部計(jì)算出的作用于主軸的力，從預(yù)先給出的表中提取與該力對(duì)應(yīng)的加權(quán)； 積算部，其在上述切削信號(hào)表示非切削狀態(tài)的情況下，在每個(gè)預(yù)定周期對(duì)上述主軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)行積算，在上述切削信號(hào)表示切削狀態(tài)的情況下，在每個(gè)預(yù)定周期對(duì)將上述物理數(shù)據(jù)取得部取得的上述主軸的轉(zhuǎn)速乘以上述加權(quán)提取部提取的加權(quán)所得的第二主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行積算； 存儲(chǔ)部，其存儲(chǔ)通過(guò)上述積算部積算所得的積算值，其中 根據(jù)上述積算值推定上述軸承的壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于， 上述數(shù)值控制裝置具備旋轉(zhuǎn)信號(hào)監(jiān)視部，上述旋轉(zhuǎn)信號(hào)監(jiān)視部監(jiān)視表示主軸正在旋轉(zhuǎn)中還是停止中的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)信號(hào)，上述積算部在上述旋轉(zhuǎn)狀態(tài)信號(hào)表示正在旋轉(zhuǎn)中、并且上述切削信號(hào)表示非切削狀態(tài)的情況下，對(duì)上述預(yù)定周期進(jìn)行積算，在上述旋轉(zhuǎn)狀態(tài)信號(hào)表示正在旋轉(zhuǎn)中、并且上述切削信號(hào)表示切削狀態(tài)的情況下，在每個(gè)上述預(yù)定周期對(duì)將上述預(yù)定周期乘以上述加權(quán)提取部提取出的加權(quán)所得的第二預(yù)定周期進(jìn)行積算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于， 上述負(fù)荷計(jì)算部根據(jù)從上述物理數(shù)據(jù)取得部取得的上述進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩減去通過(guò)將上述控制部或上述檢測(cè)器取得的進(jìn)給軸的加速度乘以慣性而求出的加速度量的轉(zhuǎn)矩所得的轉(zhuǎn)矩，計(jì)算作用于主軸的力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3的任意一項(xiàng)所述的數(shù)值控制裝置，其特征在于， 上述負(fù)荷計(jì)算部根據(jù)從上述進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)矩減去相當(dāng)于進(jìn)給軸的摩擦的轉(zhuǎn)矩量所得的轉(zhuǎn)矩，計(jì)算作用于主軸的力。
【文檔編號(hào)】G05B19/18GK104166371SQ201410208858
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月16日
【發(fā)明者】小川肇 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社