本發(fā)明涉及在機(jī)床上用于檢測(cè)在旋轉(zhuǎn)軸的軸支承中使用的滾動(dòng)軸承的異常的軸承診斷裝置。

背景技術(shù)：

在具有設(shè)置于機(jī)床的主軸等旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸裝置中，用于對(duì)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行軸支承的滾動(dòng)軸承(以下簡稱為“軸承”。)包括內(nèi)圈、外圈、設(shè)置于兩圈間的多個(gè)滾動(dòng)體(滾子等)以及用于保持滾動(dòng)體的間隔的保持器，內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)軸一體地旋轉(zhuǎn)，外圈被裝入主軸殼體等而被固定。

作為在該軸承中發(fā)生的異常，能夠舉出潤滑不良、混入異物、磨損、過大載荷等。若發(fā)生這些異常，則會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)不良或發(fā)熱膠著，會(huì)在機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中導(dǎo)致故障，因此期望對(duì)軸承的異常進(jìn)行診斷。

因此，作為對(duì)軸承的異常進(jìn)行診斷的方法，在專利文獻(xiàn)1中公開了如下發(fā)明：對(duì)具有軸承的旋轉(zhuǎn)裝置的溫度和停止時(shí)間進(jìn)行監(jiān)視，并與根據(jù)溫度而預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)停止時(shí)間進(jìn)行比較來判定軸承是否有異常。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開了如下發(fā)明：對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生的聲音或振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行頻率分析，與預(yù)先設(shè)定的異常頻率的頻譜的水平進(jìn)行比較來進(jìn)行異常判定。而且，在專利文獻(xiàn)3中公開了如下發(fā)明：根據(jù)軸的慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速的變化來計(jì)算出摩擦扭矩，且將該摩擦扭矩與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較來判定軸承的異常。

專利文獻(xiàn)1：日本特許第4091885號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2009-20090號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特公平6-65189號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在專利文獻(xiàn)1的發(fā)明中，在對(duì)機(jī)床的主軸進(jìn)行監(jiān)視，尤其是在加工中心對(duì)軸承的溫度上升進(jìn)行監(jiān)視的情況下，不得不在軸承附近的結(jié)構(gòu)體上安裝溫度傳感器，但僅限于間接的溫度計(jì)測(cè)，而不能觀測(cè)軸承溫度的急劇的變化。該觀測(cè)精度也受溫度傳感器自身的性能所左右。因而，有可能察覺不到軸承的異常而導(dǎo)致機(jī)床的破損。

在專利文獻(xiàn)2的發(fā)明中，通過對(duì)聲音或振動(dòng)進(jìn)行解析而能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)軸承異常，但需要振動(dòng)傳感器或聲音傳感器這些高價(jià)的測(cè)定器，導(dǎo)致成本上升。

在專利文獻(xiàn)3的發(fā)明中，因?yàn)楦鶕?jù)軸的慣性旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速的變化的比例進(jìn)行換算來求出摩擦扭矩，因此不能說摩擦扭矩準(zhǔn)確，另外，因?yàn)閷⒂?jì)算出的摩擦扭矩單純地與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較來判定軸承的異常，因此不能說判定精度較高。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)床的軸承診斷裝置，該軸承診斷裝置能夠在未發(fā)生機(jī)床的破損的較早的時(shí)機(jī)高精度且廉價(jià)地診斷軸承的異常。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，技術(shù)方案1中的發(fā)明是軸承診斷裝置，其用于在機(jī)床中檢測(cè)軸承的異常，其中所述機(jī)床具有通過用所述軸承來軸支進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸而形成的旋轉(zhuǎn)軸裝置，該軸承診斷裝置的特征在于，

該機(jī)床的軸承診斷裝置具有：轉(zhuǎn)速測(cè)定單元，其測(cè)定所述旋轉(zhuǎn)軸的特定的旋轉(zhuǎn)速度下的轉(zhuǎn)速；溫度測(cè)定單元，其測(cè)定所述旋轉(zhuǎn)軸裝置的溫度；摩擦扭矩計(jì)算單元，其計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)軸裝置的摩擦扭矩；滾動(dòng)速度計(jì)算單元，其根據(jù)所述轉(zhuǎn)速計(jì)算所述軸承的滾動(dòng)速度；軸承特性計(jì)算單元，其根據(jù)所述摩擦扭矩和所述滾動(dòng)速度計(jì)算軸承特性；存儲(chǔ)單元，其存儲(chǔ)基準(zhǔn)的軸承特性；以及判定單元，其對(duì)由所述軸承特性計(jì)算單元計(jì)算出的所述軸承特性與存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)單元中的基準(zhǔn)的所述軸承特性進(jìn)行比較來判定是否存在異常。

技術(shù)方案2的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1的結(jié)構(gòu)中，所述轉(zhuǎn)速測(cè)定單元根據(jù)所述特定的旋轉(zhuǎn)速度來測(cè)定到所述旋轉(zhuǎn)軸停止為止的期間的轉(zhuǎn)速。

技術(shù)方案3的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1的結(jié)構(gòu)中，所述溫度測(cè)定單元根據(jù)所述特定的旋轉(zhuǎn)速度來檢測(cè)到所述旋轉(zhuǎn)軸停止為止的期間的溫度。

技術(shù)方案4的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1的結(jié)構(gòu)中，所述軸承特性計(jì)算單元在所述摩擦扭矩和所述滾動(dòng)速度之外還考慮軸承預(yù)壓和潤滑油粘度來計(jì)算所述軸承特性。

技術(shù)方案5的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案4的結(jié)構(gòu)中，所述軸承預(yù)壓由預(yù)壓估計(jì)單元獲得，該預(yù)壓估計(jì)單元根據(jù)所述溫度與所述轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系來估計(jì)所述軸承預(yù)壓。

技術(shù)方案6的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案4的結(jié)構(gòu)中，所述潤滑油粘度由潤滑油粘度估計(jì)單元獲得，該潤滑油粘度估計(jì)單元根據(jù)所述溫度與所述轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系來估計(jì)所述潤滑油粘度。

技術(shù)方案7的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1的結(jié)構(gòu)中，所述摩擦扭矩計(jì)算單元通過使用了所述轉(zhuǎn)速、慣量以及加速度的計(jì)算式計(jì)算所述摩擦扭矩。

技術(shù)方案8的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1的結(jié)構(gòu)中，所述滾動(dòng)速度計(jì)算單元通過使用了所述轉(zhuǎn)速、滾動(dòng)體節(jié)圓直徑、滾動(dòng)體直徑以及接觸角的計(jì)算式計(jì)算所述滾動(dòng)速度。

技術(shù)方案9的發(fā)明的特征在于，在技術(shù)方案1至8中的任意一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)中，具有用于通知所述判定單元的判定結(jié)果的通知單元。

根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)楦鶕?jù)摩擦扭矩和滾動(dòng)速度計(jì)算出軸承特性，并且與基準(zhǔn)的軸承特性進(jìn)行比較來判定是否存在異常，因此能夠在未產(chǎn)生機(jī)床的破損的較早的時(shí)間高精度且廉價(jià)地診斷軸承的異常。

附圖說明

圖1是機(jī)床的軸承診斷裝置的概要圖。

圖2是軸承診斷步驟的流程圖。

圖3是軸承特性(斯特里貝克(Stribeck)曲線)的說明圖。

具體實(shí)施方式

以下基于附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

圖1是示出機(jī)床的軸承診斷裝置的一例的概要圖，該軸承診斷裝置對(duì)軸承進(jìn)行診斷，該軸承用于作為使刀具旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸裝置的主軸裝置。

在圖1中，1是主軸裝置，在主軸殼體2內(nèi)，在前端安裝有刀具4并在未圖示的主軸電動(dòng)機(jī)中旋轉(zhuǎn)的作為旋轉(zhuǎn)軸的主軸3被軸承(在此是滾動(dòng)體為滾珠的球軸承)5、5軸支承。6是對(duì)主軸3的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)器，在主軸殼體2中設(shè)置有使探針插入到軸承5、5的附近的溫度傳感器7。

在軸承診斷裝置10中設(shè)置有對(duì)主軸電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的主軸控制裝置11，另一方面，設(shè)置有輸入來自旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)器6的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)和來自溫度傳感器7的溫度檢測(cè)信號(hào)的計(jì)測(cè)裝置12，并設(shè)置有輸入轉(zhuǎn)速和溫度的運(yùn)算裝置13。該旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)器6和計(jì)測(cè)裝置12成為轉(zhuǎn)速測(cè)定單元，溫度傳感器7和計(jì)測(cè)裝置12成為溫度測(cè)定單元。

運(yùn)算裝置13具有：作為預(yù)壓估計(jì)單元的軸承預(yù)壓估計(jì)部14，其根據(jù)從計(jì)測(cè)裝置12獲得的軸承5的溫度和轉(zhuǎn)速來估計(jì)軸承5的預(yù)壓；作為潤滑油粘度估計(jì)單元的潤滑油粘度估計(jì)部15，其根據(jù)該溫度和轉(zhuǎn)速來估計(jì)提供給軸承5的潤滑油的粘度；作為摩擦扭矩計(jì)算單元的摩擦扭矩計(jì)算部16，其根據(jù)從計(jì)測(cè)裝置12獲得的主軸3的轉(zhuǎn)速來計(jì)算出摩擦扭矩；作為滾動(dòng)速度計(jì)算單元的滾動(dòng)速度計(jì)算部17，其根據(jù)該轉(zhuǎn)速來計(jì)算出軸承5的滾動(dòng)速度；以及作為軸承特性計(jì)算單元的軸承特性計(jì)算部18，其根據(jù)軸承5的預(yù)壓、潤滑油粘度、滾動(dòng)速度、摩擦扭矩來計(jì)算出軸承特性。

19是作為存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)裝置，該存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)作為判定基準(zhǔn)的軸承特性，在軸承特性計(jì)算部18中計(jì)算出的軸承特性與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置19的軸承特性由作為判定單元的判定裝置20進(jìn)行比較，來判定軸承是否存在異常，該判定結(jié)果顯示于在機(jī)床的NC裝置中設(shè)置的作為通知單元的顯示裝置21中。

基于圖2的流程圖來說明如以上那樣構(gòu)成的軸承診斷裝置10中的軸承診斷步驟。

若診斷開始的指令被輸入到軸承診斷裝置10，則首先在S1中，判別主軸3是否是特定的旋轉(zhuǎn)速度。在此，若不是特定的旋轉(zhuǎn)速度，則在S2中通過主軸控制裝置11變更成特定的旋轉(zhuǎn)速度。然后，若再次在S1中確認(rèn)是特定的旋轉(zhuǎn)速度，則在S3中判別從溫度傳感器7獲得的檢測(cè)溫度是否穩(wěn)定(平穩(wěn)狀態(tài))。該平穩(wěn)狀態(tài)是指檢測(cè)溫度在規(guī)定時(shí)間的期間不發(fā)生規(guī)定的寬度以上的變動(dòng)。因而，若檢測(cè)溫度不穩(wěn)定，則在S4中將規(guī)定的溫度作為目標(biāo)進(jìn)行暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

若暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)果在S3中被確認(rèn)為溫度穩(wěn)定，則在S5中使對(duì)主軸電動(dòng)機(jī)的通電停止來進(jìn)行慣性旋轉(zhuǎn)，直到在S6中確認(rèn)主軸3停止為止都在S7中計(jì)測(cè)轉(zhuǎn)速和溫度。

若在S6中確認(rèn)主軸3停止，則在運(yùn)算裝置13處，在S8中根據(jù)在S7中計(jì)測(cè)出的轉(zhuǎn)速而利用摩擦扭矩計(jì)算部16計(jì)算摩擦扭矩，利用滾動(dòng)速度計(jì)算部17計(jì)算滾動(dòng)速度。該摩擦扭矩和滾動(dòng)速度是利用轉(zhuǎn)速和預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置19的參數(shù)而根據(jù)例如使用了轉(zhuǎn)速、慣量以及加速度的以下的數(shù)學(xué)式1以及使用了轉(zhuǎn)速和滾珠節(jié)圓直徑、滾珠直徑、接觸角的以下的數(shù)學(xué)式2計(jì)算出的。數(shù)學(xué)式1是摩擦扭矩的計(jì)算公式，數(shù)學(xué)式2是滾動(dòng)速度的計(jì)算公式。

【數(shù)學(xué)式1】

T：摩擦扭矩、V：轉(zhuǎn)速、M：慣量

【數(shù)學(xué)式2】

u front：滾動(dòng)速度、V:轉(zhuǎn)速、d：滾珠節(jié)圓直徑、D：滾珠直徑β：接觸角

另外，在S9中，根據(jù)在S7中計(jì)測(cè)出的溫度和轉(zhuǎn)速，利用軸承預(yù)壓估計(jì)部14估計(jì)軸承預(yù)壓，利用潤滑油粘度估計(jì)部15估計(jì)潤滑油粘度。該軸承預(yù)壓通過在示出預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置19的溫度及轉(zhuǎn)速與軸承預(yù)壓之間的關(guān)系的曲線圖或數(shù)據(jù)表中參照所計(jì)測(cè)出的溫度和轉(zhuǎn)速來進(jìn)行估計(jì)。潤滑油粘度也通過在示出預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置19的溫度及轉(zhuǎn)速與潤滑油粘度之間的關(guān)系的曲線圖或數(shù)據(jù)表中參照所計(jì)測(cè)出的溫度和轉(zhuǎn)速來進(jìn)行估計(jì)。

然后，在S10中，根據(jù)這些計(jì)算結(jié)果以及摩擦扭矩T與摩擦係數(shù)μ的關(guān)系式T＝μ×Pr×d/2(Pr：徑向載荷，d：軸承內(nèi)徑)來計(jì)算圖3所示那樣的示出摩擦系數(shù)與軸承特征數(shù)之間的關(guān)系的軸承特性(斯特里貝克曲線)。在軸承特征數(shù)中，粘度表示潤滑油粘度，速度表示旋轉(zhuǎn)速度，預(yù)壓表示軸承預(yù)壓。

接著，在判定裝置20處，在S11中對(duì)預(yù)先存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置19的基準(zhǔn)的軸承特性與在S10中計(jì)算出的軸承特性進(jìn)行比較來判別是否存在異常。

例如在滾珠的滾動(dòng)面粗糙的情況下，如圖3中單點(diǎn)劃線A所示，相對(duì)于用實(shí)線表示的正常的軸承特性來說，出現(xiàn)摩擦系數(shù)增加了的異同。因而，若在特定的范圍內(nèi)摩擦系數(shù)增加了規(guī)定的數(shù)值，則在S12中，在顯示裝置21上顯示軸承5發(fā)生了異常(潤滑不良)的意思。另外，在預(yù)壓中存在異常的情況下，如在圖3中雙點(diǎn)劃線B所示那樣，正常的軸承特性的曲線部分的最小部偏移，且在軸承特征數(shù)較高的部分出現(xiàn)摩擦系數(shù)增加了的差別。因而，若能夠確認(rèn)最小部的偏移和摩擦系數(shù)的增加，則在S12中，在顯示裝置21上顯示軸承5發(fā)生了異常(預(yù)壓消除)的意思。

另一方面，若在S11的判別中是在軸承5中沒有異常，則在S13中將計(jì)算出的軸承特性存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置19。

這樣，根據(jù)上述方式的軸承診斷裝置10，具有：對(duì)主軸3的特定的旋轉(zhuǎn)速度下的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)定的旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)器6和計(jì)測(cè)裝置12；對(duì)主軸3的溫度進(jìn)行測(cè)定的溫度傳感器7和計(jì)測(cè)裝置12；計(jì)算軸承5的摩擦扭矩的摩擦扭矩計(jì)算部16；計(jì)算軸承5的滾動(dòng)速度的滾動(dòng)速度計(jì)算部17；估計(jì)軸承5的預(yù)壓的軸承預(yù)壓估計(jì)部14；估計(jì)軸承5的潤滑油粘度的潤滑油粘度估計(jì)部15；根據(jù)摩擦扭矩、滾動(dòng)速度、軸承預(yù)壓、潤滑油粘度計(jì)算軸承特性的軸承特性計(jì)算部18；存儲(chǔ)基準(zhǔn)的軸承特性的存儲(chǔ)裝置19；對(duì)由軸承特性計(jì)算部18計(jì)算出的軸承特性與存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置19的基準(zhǔn)的軸承特性進(jìn)行比較來判定是否存在異常的判定裝置20。由此，能夠在未發(fā)生機(jī)床的破損的較早的時(shí)機(jī)高精度且廉價(jià)地診斷軸承的異常。

此外，在上述方式中作為軸承而例示了滾珠軸承(球軸承)，但也可以是滾子軸承。另外，在顯示裝置中除了以文字標(biāo)記軸承的異常內(nèi)容之外，還可以與異常時(shí)的曲線A、B一同顯示圖3中示出的斯特里貝克曲線。

另外，在S10中計(jì)算出的軸承特性中沒有異常的情況下，也能夠?qū)⒃撦S承特性更新成基準(zhǔn)的軸承特性，或者計(jì)算所計(jì)算出的多次軸承特性的平均并將該平均值更新為基準(zhǔn)的軸承特性。

而且，預(yù)壓估計(jì)單元進(jìn)行的軸承預(yù)壓的估計(jì)方法、潤滑油粘度估計(jì)單元進(jìn)行的潤滑油粘度的估計(jì)方法、摩擦扭矩計(jì)算單元進(jìn)行的摩擦扭矩的計(jì)算方法、滾動(dòng)速度計(jì)算單元進(jìn)行的滾動(dòng)速度的計(jì)算方法等也不限于上述方式，能夠進(jìn)行適當(dāng)變更。

然而，在上述方式中，雖然根據(jù)摩擦扭矩、滾動(dòng)速度、軸承預(yù)壓、潤滑油粘度計(jì)算出軸承特性，但是也可以不使用軸承預(yù)壓和潤滑油粘度而僅利用摩擦扭矩和滾動(dòng)速度來計(jì)算。因而，這種情況下能夠省略預(yù)壓估計(jì)單元和潤滑油粘度估計(jì)單元。

另一方面，作為通知單元，不限于顯示裝置，也可以采用燈或合成聲音、蜂鳴音等，也可以將它們與顯示裝置并用。但是，也可以省略通知單元而僅限于在存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)異常內(nèi)容，并在需要的時(shí)間由操作員進(jìn)行調(diào)用。

另外，作為旋轉(zhuǎn)軸，不限于使刀具旋轉(zhuǎn)的主軸，即使是把持工件并使之旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸裝置也能夠進(jìn)行基于本發(fā)明的軸承診斷。

標(biāo)號(hào)說明

1：主軸裝置；2：主軸殼體；3：主軸；4：刀具；5：軸承；6：旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)器；7：溫度傳感器；10：軸承診斷裝置；11：主軸控制裝置；12：計(jì)測(cè)裝置；13：運(yùn)算裝置；14：軸承預(yù)壓估計(jì)部；15：潤滑油粘度估計(jì)部；16：摩擦扭矩計(jì)算部；17：滾動(dòng)速度計(jì)算部；18：軸承特性計(jì)算部；19：存儲(chǔ)裝置；20：判定裝置；21：顯示裝置。